Atmosfere stellari per gli esopianeti gioviani ultra caldi

Viste simulate di WASP-121b (Immagine NASA/JPL-Caltech/Aix-Marseille University (AMU))
Viste simulate di WASP-121b (Immagine NASA/JPL-Caltech/Aix-Marseille University (AMU))

Un articolo pubblicato sulla rivista “Astronomy & Astrophysics” descrive una ricerca sui pianeti giganti gassosi molto vicini alla loro stella. Un team di ricercatori ha utilizzato osservazioni compiute con i telescopi spaziali Hubble e Spitzer e simulazioni al computer per studiare in particolare le caratteristiche dell’atmosfera dell’esopianeta WASP-121b ma anche di altri simili, chiamati gioviani ultra caldi. Essi sono talmente vicini alle loro stelle che il loro lato diurno ha temperature elevatissime e caratteristiche per certi versi simili più a una stella che a un pianeta.

I gioviani caldi sono una classe di esopianeti ormai ben conosciuta dato che è stato il primo tipo di pianeti trovato in quantità abbondante: si tratta di pianeti molto vicini alla loro stella che di conseguenza vengono scaldati tanto che il lato diurno può raggiungere temperature elevatissime. Alcuni di essi costituiscono casi davvero estremi: ad esempio WASP-121b può raggiungere i 2.500° Celsius e secondo una ricerca descritta in un articolo pubblicato nell’agosto 2017 sulla rivista “Nature” ha una stratosfera.

Ora un team guidato dall’astrofisica Vivien Parmentier della Aix Marseille University in Francia ha provato a studiare quelli che sono stati definiti gioviani ultra caldi, pianeti giganti gassosi talmente vicini alla loro stella che il loro anno può durare anche meno di un giorno terrestre con temperature sul lato diurno che superano i 2.000° Celsius. Alcuni autori di questa ricerca avevano già pubblicato studi su alcuni di questi casi estremi: WASP-103b, WASP-18b e HAT-P-7b, stavolta altri di quel tipo sono stati inclusi.

I telescopi spaziali aiutano a osservare il lato diurno dei gioviani caldi in generale perché l’atmosfera raggiunge temperature tali da emettere infrarossi in quantità ma osservare il loro lato notturno, molto meno caldo e molto più buio, è un problema. L’immagine mostra alcune viste simulate dell’esopianeta WASP-121b da diversi punti di vista e diversi gradi di illuminazione da parte della sua stella.

Questi pianeti mostrano sempre la stessa faccia alla loro stella, come la Luna alla Terra, in quella che viene chiamata rotazione sincrona, con la conseguenza che il lato diurno è molto più caldo di quello notturno. Ciò rendeva difficile comprendere alcune caratteristiche come ad esempio la scarsa presenza di acqua nei gioviani ultra caldi, che invece è normalmente presente nei giganti gassosi e perfino nei gioviani caldi.

Un’ipotesi per spiegare la scarsità d’acqua nei gioviani ultra caldi era che avessero elevati livelli di carbonio invece che di ossigeno. Tuttavia, tracce d’acqua sono state trovate al confine tra il lato diurno e quello notturno di alcuni di questi esopianeti, ai limiti dell’area che i telescopi riescono a studiare. Forse c’è acqua nel lato oscuro di questi esopianeti.

Per cercare di creare un modello che spiegasse quella situazione, il team di Vivien Parmentier ha tratto ispirazione da modelli fisici dell’atmosfera delle stelle e delle stelle fallite chiamate nane brune visto che alcune proprietà si sovrappongono a quelle dei gioviani caldi e ultra caldi. Mark Marley, un ricercatore dell’Ames Research Center della NASA e tra gli autori della ricerca, aveva sviluppato un modello per le nane brune che è stato adattato ai gioviani ultra caldi.

Secondo i nuovi modelli, nelle atmosfere dei gioviani ultra caldi avviene un ciclo di distruzione e formazione dell’acqua con la conseguenza che le sue tracce sono scarse o nulle. Ciò che avviene è che il lato diurno è irradiato dalla stella in modo talmente violento da spezzare i legami molecolari dell’acqua. Idrogeno e ossigeno vengono spinti dal calore verso il lato notturno, dove possono ricombinarsi per formare nubi che possono finire nuovamente nel lato diurno e ricominciare il ciclo.

Questo modello spiega solo alcuni gioviani ultra caldi ma in altri casi ci sono ancora osservazioni da spiegare. La cosa interessante è che non è necessario che vi sia una composizione chimica esotica ma è possibile che siano gli attuali modelli a essere ancora ben lontani dall’essere completi. Le condizioni estremi su quegli esopianeti potrebbero richiedere rilevazioni più precise e ciò significa includerli tra i tanti obiettivi per il telescopio spaziale James Webb.

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