Webb solleva il velo su un tipo di esopianeta comune ma misterioso

Gli scienziati determinano la composizione atmosferica del piccolo, caldo e gassoso sub-Nettuno. Molto più piccoli dei giganti gassosi e in genere più freddi dei gioviani caldi, i sub-Nettuno erano estremamente difficili da osservare prima del lancio del telescopio spaziale James Webb della NASA. Gli astronomi stanno cercando di capire come si sono formati e evoluti questi pianeti, perché sono così comuni e perché non orbitano intorno al nostro Sole. Ad aumentare il mistero, molti sub-Nettuno sembrano essere molto oscurati da nuvole e nebbie, che hanno reso impossibile determinare la loro composizione atmosferica. Ora, utilizzando Webb per studiare il caldo sub-Nettuno TOI-421 b, gli scienziati hanno scoperto le impronte chimiche della sua atmosfera.

Sebbene non orbitino attorno al nostro Sole, i sub-Nettuno sono il tipo più comune di esopianeta, o pianeta al di fuori del nostro sistema solare, che sono stati osservati nella nostra galassia.

Questi piccoli pianeti gassosi sono avvolti nel mistero… e spesso, molta foschia. Ora, osservando l’esopianeta TOI-421 b, il telescopio spaziale James Webb della NASA sta aiutando gli scienziati a comprendere i sub-Nettuno in un modo che non era possibile prima del lancio del telescopio.

“Ho aspettato per tutta la mia carriera Webb in modo da poter caratterizzare in modo significativo le atmosfere di questi pianeti più piccoli”, ha detto la ricercatrice principale Eliza Kempton dell’Università del Maryland, College Park.

“Studiando le loro atmosfere, stiamo ottenendo una migliore comprensione di come si sono formati e evoluti i sub-Nettuno, e parte di questo è capire perché non esistono nel nostro sistema solare”.

L’esistenza dei sub-Nettuno era inaspettata prima che fossero scoperti dai pensionati della NASA Kepler telescopio spaziale nell’ultimo decennio.

Ora, gli astronomi stanno cercando di capire da dove provengono questi pianeti e perché sono così comuni.

Prima di Webb, gli scienziati avevano pochissime informazioni su di loro.

Sebbene i sub-Nettuno siano alcune volte più grandi della Terra, sono comunque molto più piccoli dei pianeti giganti gassosi e in genere più freddi dei gioviani caldi, il che li rende molto più difficili da osservare rispetto alle loro controparti giganti gassose.

Una scoperta chiave prima di Webb era che la maggior parte delle atmosfere sub-Nettuno avevano spettri di trasmissione piatti o privi di caratteristiche.

Ciò significa che quando gli scienziati hanno osservato lo spettro del pianeta mentre passava davanti alla sua stella ospite, invece di vedere le caratteristiche spettrali – le impronte chimiche che rivelerebbero la composizione dell’atmosfera – hanno visto solo uno spettro piatto.

Gli astronomi hanno concluso da tutti questi spettri a linee piatte che almeno alcuni sub-Nettuno erano probabilmente molto oscurati da nuvole o foschie.

“Perché abbiamo osservato questo pianeta, TOI-421 b? È perché abbiamo pensato che forse non avrebbe avuto foschie”, ha detto Kempton.

“E la ragione è che c’erano alcuni dati precedenti che implicavano che forse i pianeti in un certo intervallo di temperatura erano meno avvolti da foschia o nuvole rispetto ad altri”.

La soglia di temperatura è di circa 576 gradi. Al di sotto di ciò, gli scienziati hanno ipotizzato che si verificherebbe una serie complessa di reazioni fotochimiche tra la luce solare e il gas metano, e che ciò innescherebbe la foschia.

Ma i pianeti più caldi non dovrebbero avere metano e quindi forse non dovrebbero avere foschia.

La temperatura di TOI-421 b è di circa 600 gradi, ben al di sopra della soglia presunta. Senza foschia o nuvole, i ricercatori si aspettavano di vedere un’atmosfera limpida – e così è stato!

“Abbiamo visto caratteristiche spettrali che attribuiamo a vari gas e che ci hanno permesso di determinare la composizione dell’atmosfera”, ha detto Brian Davenport dell’Università del Maryland, uno studente di dottorato del terzo anno che ha condotto l’analisi primaria dei dati.

“Mentre con molti degli altri sub-Nettuno che erano stati precedentemente osservati, sappiamo che le loro atmosfere sono fatte di qualcosa, ma sono bloccate dalla foschia”.

Il team ha trovato vapore acqueo nell’atmosfera del pianeta, oltre a firme provvisorie di monossido di carbonio e anidride solforosa. Poi ci sono molecole che non hanno rilevato, come il metano e l’anidride carbonica.

Dai dati, possono anche dedurre che una grande quantità di idrogeno si trova nell’atmosfera di TOI-421 b.

L’atmosfera leggera di idrogeno è stata la grande sorpresa per i ricercatori.

“Di recente avevamo avvolto la nostra mente intorno all’idea che quei primi sub-Nettuno osservati da Webb avevano atmosfere di molecole pesanti, quindi questa era diventata la nostra aspettativa, e poi abbiamo scoperto il contrario”, ha detto Kempton.

Ciò suggerisce che TOI-421 b potrebbe essersi formato e si è evoluto in modo diverso dai sub-Nettuno più freddi osservati in precedenza.

L’atmosfera dominata dall’idrogeno è interessante anche perché imita la composizione della stella ospite di TOI-421 b.

“Se si prendesse lo stesso gas che ha formato la stella ospite, lo si mettesse sopra l’atmosfera di un pianeta e lo si mettesse alla temperatura molto più fredda di questo pianeta, si otterrebbe la stessa combinazione di gas. Questo processo è più in linea con i pianeti giganti del nostro sistema solare, ed è diverso da altri sub-Nettuno che sono stati osservati finora con Webb”, ha detto Kempton.

Oltre ad essere più caldo di altri sub-Nettuno precedentemente osservati con Webb, TOI-421 b orbita attorno a una stella simile al Sole. La maggior parte degli altri sub-Nettuno che sono stati osservati finora orbitano attorno a stelle più piccole e più fredde chiamate nane rosse.

TOI-421b è emblematico dei sub-Nettuno caldi in orbita attorno a stelle simili al Sole, o è solo che gli esopianeti sono molto diversi?

Per scoprirlo, i ricercatori vorrebbero osservare più sub-Nettuno caldi per determinare se si tratta di un caso unico o di una tendenza più ampia. Sperano di ottenere informazioni sulla formazione e l’evoluzione di questi esopianeti comuni.

“Abbiamo sbloccato un nuovo modo di guardare a questi sub-Nettuno”, ha detto Davenport. “Questi pianeti ad alta temperatura sono suscettibili di caratterizzazione. Quindi, osservando i sub-Nettuno di questa temperatura, è forse più probabile che acceleriamo la nostra capacità di conoscere questi pianeti”.

Immagine: NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI)

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