Webb osserva un esopianeta la cui composizione sfugge a ogni spiegazione

Gli scienziati che utilizzano il James Webb Space Telescope della NASA hanno osservato un raro tipo di esopianeta, o pianeta fuori dal nostro sistema solare, la cui composizione atmosferica mette alla prova la nostra comprensione di come si sia formato.

Gli scienziati che utilizzano il James Webb Space Telescope della NASA hanno osservato un raro tipo di esopianeta, o pianeta fuori dal nostro sistema solare, la cui composizione atmosferica mette alla prova la nostra comprensione di come si sia formato.

Ufficialmente chiamato PSR J2322-2650b, questo oggetto di massa gioviforme sembra avere un’atmosfera esotica dominata da elio e carbonio come mai vista prima.

Probabilmente le nuvole di fuliggine fluttuano nell’aria e, nelle profondità del pianeta, queste nubi di carbonio possono condensarsi e formare diamanti.

Come sia nato il pianeta è un mistero. L’articolo è apparso martedì su The Astrophysical Journal Letters.

“Questa è stata una sorpresa assoluta”, ha detto il coautore dello studio Peter Gao del Carnegie Earth and Planets Laboratory di Washington. “Ricordo che dopo aver preso i dati, la nostra reazione collettiva è stata ‘Che diavolo è questo?’ È estremamente diverso da quello che ci aspettavamo.”

Immagine A: Esopianeta PSR J2322-2650b e Pulsar (Artist’s Concept)

Questo oggetto di massa planetaria era noto per orbitare attorno a un pulsar, una stella di neutroni che ruota rapidamente. Un pulsar emette fasci di radiazione elettromagnetica a intervalli regolari, tipicamente da millisecondi a secondi.

Questi fasci pulsanti possono essere visti solo quando puntano direttamente verso la Terra, proprio come i fasci provenienti da un faro.

Si prevede che questo pulsar di un millisecondo emetta principalmente raggi gamma e altre particelle ad alta energia, che sono invisibili alla visione infrarossa di Webb.

Senza una stella luminosa sulla strada, gli scienziati possono studiare il pianeta in modo dettagliato lungo tutta la sua orbita.

“Questo sistema è unico perché siamo in grado di vedere il pianeta illuminato dalla sua stella ospite, ma non vederla affatto”, ha detto Maya Beleznay, dottoranda al terzo anno alla Stanford University in California, che ha lavorato sulla modellazione della forma del pianeta e della geometria della sua orbita.

“Quindi otteniamo uno spettro davvero pulito. E possiamo studiare questo sistema con più dettaglio rispetto ai normali esopianeti.”

“Il pianeta orbita attorno a una stella completamente bizzarra — la massa del Sole, ma grande quanto una città”, ha detto Michael Zhang dell’Università di Chicago, ricercatore principale di questo studio.

“Questa è una nuova atmosfera planetaria che nessuno ha mai visto prima. Invece di trovare le molecole normali che ci aspettiamo di vedere su un esopianeta — come acqua, metano e anidride carbonica — abbiamo visto carbonio molecolare, in particolare C₃ e C_2.”

Il carbonio molecolare è molto insolito perché a queste temperature, se ci sono altri tipi di atomi nell’atmosfera, il carbonio si legherà a loro.

Il carbonio molecolare è dominante solo se c’è quasi nessun ossigeno o azoto. Dei circa 150 pianeti che gli astronomi hanno studiato sia all’interno che all’esterno del sistema solare, nessun altro possiede carbonio molecolare rilevabile.

La PSR J2322-2650b è straordinariamente vicina alla sua stella, a soli 1 milione di Km di distanza. Al contrario, la distanza della Terra dal Sole è di circa 150 milioni di chilometri.

A causa della sua orbita estremamente stretta, l’intero anno dell’esopianeta — il tempo necessario per girare intorno alla sua stella — è di soli 7,8 ore.

Le forze gravitazionali del pulsar, molto più pesante, stanno attirando il pianeta di massa giovive in una bizzarra forma a limone.

Immagine B: Esopianeta PSR J2322-2650b (Concetto dell’Artista)

Insieme, la stella e l’esopianeta possono essere considerati un sistema di “vedova nera”, anche se non un esempio tipico.

I sistemi vedova nera sono un raro tipo di sistema doppio in cui un pulsar che ruota rapidamente è abbinato a un piccolo compagno stellare di bassa massa.

In passato, il materiale del compagno fluiva sul pulsar, facendo ruotare il pulsar più velocemente nel tempo, alimentando un vento forte.

Quel vento e le radiazioni bombardano ed evaporano il compagno più piccolo e meno massiccio. Come il ragno da cui prende il nome, il pulsar consuma lentamente il suo sfortunato compagno.

Ma in questo caso, il compagno è ufficialmente considerato un esopianeta, non una stella.

L’Unione Astronomica Internazionale definisce un esopianeta come un corpo celeste al di sotto di 13 masse di Giove che orbita attorno a una stella, a una nana bruna o a un residuo stellare, come un pulsar.

Dei 6.000 esopianeti conosciuti, questo è l’unico che ricorda un gigante gassoso (con massa, raggio e temperatura simili a quelli di un Giove caldo) che orbita attorno a un pulsar. Si sa che solo pochi pulsar possiedano pianeti.

“Questa cosa si è formata come un pianeta normale? No, perché la composizione è completamente diversa,” ha detto Zhang.

“Si è formato spogliando l’esterno di una stella, come si formano i sistemi ‘normali’ di vedove nere? Probabilmente no, perché la fisica nucleare non produce carbonio puro. È molto difficile immaginare come si possa ottenere una composizione così estremamente arricchita di carbonio. Sembra escludere ogni meccanismo di formazione conosciuto.”

Il coautore dello studio Roger Romani, dell’Università di Stanford e del Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology Institute, propone un fenomeno evocativo che potrebbe verificarsi in un’atmosfera unica.

“Man mano che il compagno si raffredda, la miscela di carbonio e ossigeno all’interno inizia a cristallizzarsi”.

“I cristalli di carbonio puro galleggiano in superficie e si mescolano all’elio, ed è quello che vediamo. Ma poi deve succedere qualcosa per tenere lontani ossigeno e azoto. Ed è qui che entra in gioco il mistero.

“Ma è bello non sapere tutto,” disse Romani. “Non vedo l’ora di imparare di più sulla stranezza di questa atmosfera. È bello avere un enigma da affrontare.”

Video A: Esopianeta PSR J2322-2650b e Pulsar (Artist’s Concept)

Questa animazione mostra un esopianeta esotico che orbita attorno a un pulsar lontano, ovvero una stella di neutroni a rotazione rapida con impulsi radio. Il pianeta, che orbita a circa 1 milione di miglia dal pulsar, viene allungato in una forma di limone dalle forti maree gravitazionali del pulsar. Animazione: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)

Con la sua visione a infrarossi e la sua sensibilità squisita, questa è una scoperta che solo il telescopio Webb potrebbe fare. Il suo posatoio a un milione di miglia dalla Terra e il suo enorme parasole tengono gli strumenti molto freddi, cosa necessaria per queste osservazioni. Non è possibile condurre questo studio dal campo.

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