Un nuovo metodo mappa la vera forma di un esopianeta

Sfruttando le osservazioni del James Webb Space Telescope e un nuovo metodo di mappatura chiamato “transmission strings”, un team internazionale di ricerca guidato da Cornell ha per la prima volta risolto i contorni irregolari di un esopianeta.

I modelli matematici hanno necessariamente ridotto gli esopianeti lontani a cerchi idealizzati, fino ad ora.

Sfruttando le osservazioni del James Webb Space Telescope (JWST) della NASA e un nuovo metodo di mappatura chiamato “transmission strings”, un team internazionale di ricerca guidato da Cornell ha per la prima volta risolto i contorni irregolari di un esopianeta.

La forma risultante – ovviamente a cerchio, ma leggermente a forma di uovo, con un lato esteso in più – dettaglia come il calore intenso e i venti impetuosi influenzino l’atmosfera del “Giove caldo” WASP-17b, che orbita attorno a una stella a più di 1.000 anni luce dalla Terra.

Il team afferma che i suoi risultati sulla composizione chimica e i cambiamenti di temperatura del pianeta – dall’equatore ai poli, e tra i lati permanenti diurni e notturni – sono coerenti con previsioni teoriche e altre tecniche di modellazione.

Insieme, creano una delle visioni tridimensionali più complete dell’atmosfera di un esopianeta tra i più di 6.000 esopianeti finora confermati, rendendo WASP-17b un punto di riferimento per confronti con altri.

“Questa è una prova di concetto che i pianeti sono in realtà oggetti 3D, e che costantemente, mentre girano intorno alla loro stella, ciò che prevediamo dovrebbe accadere sta accadendo”, ha detto Lili Alderson, borsista post-dottorato Klarman presso il College of Arts and Sciences. “Andare oltre gli esercizi computazionali e vederlo sul serio è un’altra storia.”

Alderson è il primo autore di “A Spatial Map of the Atmospheric Limb of a Hot Jupiter“, pubblicato il 14 ottobre su Nature Astronomy.

Venti coautori includono Nikole Lewis, professoressa associata nel Dipartimento di Astronomia (A&S) e relatrice delle borse di studio di Alderson, e gli studenti di dottorato Maura Lally ed Elijah Mullens; e dell’Università di Bristol, Regno Unito, dove Alderson ha conseguito il dottorato e ha iniziato il lavoro, la seconda autrice Hannah Wakeford, professoressa associata di astrofisica, il Senior Postdoctoral Associate David Grant e lo studente di dottorato Daniel Valentine.

“I pianeti sono capricciosi, le loro atmosfere complesse e caotiche,” dice Wakeford.

“Il fatto che tutti questi numeri si siano messi insieme e ci abbia mostrato questa immagine molto strutturata e dinamica di questo gigantesco mondo a oltre 1.000 anni luce di distanza è stato davvero entusiasmante”

La ricerca guidata da Cornell ha precedentemente utilizzato la sensibilità rivoluzionaria del JWST per sviluppare una tecnica chiamata mappatura delle eclissi, che misura i cambiamenti di luce mentre un esopianeta oscilla dietro la sua stella ospite.

Il nuovo metodo  – chiamato anche transit mapping – segue il pianeta mentre attraversa davanti alla stella, catturando la composizione della luce attorno al bordo dell’atmosfera del pianeta, o dell’arto, da angolazioni diverse.

La modellazione tradizionale, al contrario, estrae uno spettro solo come media su tutto l’arto.

“Invece di presumere che il tuo pianeta sia un cerchio con lo stesso raggio tutto intorno, la nostra tecnica ti permette di distanziare distanze diverse dal centro al bordo del pianeta,” dice Alderson.

“Riusciamo a girare il bordo. Quindi, siamo passati dall’anello a capire dove si trovano le gemme, per così dire.”

I getti di vento trasportano calore dal lato diurno permanentemente illuminato del pianeta verso il lato notturno costantemente in ombra, gonfiando l’atmosfera rispetto al lato più freddo “mattutino” dell’equatore.

La mappatura dei trasporti ha verificato altre caratteristiche di WASP-17b.

“La teoria prevede che i lati mattutino e serale dovrebbero avere una forte differenza di temperatura, e WASP 17b si inserisce molto bene in questa tendenza – praticamente esattamente come ci aspettavamo,” ha detto Alderson.

“È stato anche bello confermare che molecole importanti come l’acqua e l’anidride carbonica sono abbastanza costanti lungo tutto l’arto.”

Alderson e Wakeford hanno affermato che la dimostrazione riuscita su WASP-17b apre la strada per mappare molti altri candidati.

Il processo sta iniziando a differenziare le condizioni tra le latitudini degli esopianeti – non solo tra i lati diurni e notturni – e rappresenta un primo passo verso la mappatura dei modelli meteorologici nei climi degli esopianeti.

“Avere questo modello matematico molto robusto che possiamo applicare a questi dati all’avanguardia è incredibilmente entusiasmante,” ha detto Wakeford.

“I risultati sono una dimostrazione davvero splendida delle dinamiche che avvengono in questi mondi multidimensionali e sfaccettati.”

“Il primo utilizzo di questa nuova tecnica ci dimostra che la nostra comprensione di questi pianeti è corretta, che i nostri diversi metodi sono tutti d’accordo tra loro,” ha detto.

“E che il futuro è molto promettente per poter usare queste tecniche per ottenere immersioni profonde su molti pianeti diversi nei prossimi anni.”

La ricerca ha analizzato i dati raccolti dal JWST Telescope Scientist Team Deep Reconnaissance of Exoplanet Atmospheres tramite il programma di osservazioni a tempo garantito Multi-instrument Spectroscopy (TST DREAMS), per il quale Lewis ha ricoperto il ruolo di ricercatore principale. Il sostegno finanziario proveniva dalla NASA, dal Consiglio britannico per la Ricerca e l’Innovazione, per le Strutture Scientifiche e Tecnologiche, e dalla Klarman Fellowship.

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