MONDI CON ATMOSFERE ESOTICHE: CI SONO TRACCE DI LITIO, E FORSE PIOVE FERRO

Aria pesante come non mai: c’è bario in atmosfera

Trovato in alta quota attorno ai giganti gassosi ultra caldi Wasp-76 b e Wasp-121 b, con un peso atomico pari a circa 2,5 volte quello del ferro il bario è l’elemento più pesante mai individuato nell’atmosfera di un esopianeta. A firmare la scoperta, compiuta grazie allo strumento Espresso installato sul Vlt dell’Eso, in Cile, un team – guidato dal dottorando portoghese Tomás Azevedo Silva – del quale fanno parte numerosi ricercatori dell’Istituto nazionale di astrofisica

     13/10/2022
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Rappresentazione artistica di un ultra-hot Jupiter in transito davanti alla propria stella. Crediti: Eso/M. Kornmesser

Utilizzando il Vlt (Very Large Telescope) dell’Eso (European Southern Observatory), alcuni astronomi hanno scoperto l’elemento più pesante mai trovato nell’atmosfera di un esopianeta: il bario. Scoprire il bario ad alta quota nelle atmosfere dei giganti gassosi ultra caldi Wasp-76 b e Wasp-121 b – due esopianeti, pianeti che orbitano intorno a stelle al di fuori del Sistema solare – è stata una vera sorpresa. Questa scoperta inaspettata solleva interrogativi sulla composizione di queste atmosfere esotiche.

«L’aspetto sconcertante e controintuitivo è: perché c’è un elemento così pesante negli strati superiori dell’atmosfera di questi pianeti?», dice Tomás Azevedo Silva, dottorando presso l’Università di Porto e l’Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (Ia) in Portogallo, alla guida dello studio pubblicato oggi su Astronomy & Astrophysics.

Wasp-76 b e Wasp-121 b non sono esopianeti ordinari. Entrambi sono classificati come pianeti gioviani ultra-caldi, in quanto sono di dimensioni paragonabili a Giove pur avendo temperature di superficie molto elevate che superano i 1000 °C. Ciò è dovuto alla loro vicinanza alla propria stella ospite, il che significa anche che un’orbita intorno alla stella richiede solo uno o due giorni. Questo conferisce a questi pianeti caratteristiche piuttosto esotiche: in Wasp-76 b, per esempio, gli astronomi sospettano che piova ferro.

Questa illustrazione mostra una veduta notturna dell’esopianeta Wasp-76b. L’esopianeta gigante ultra-caldo ha un lato diurno dove le temperature salgono sopra i 2400 gradi Celsius, abbastanza alte da vaporizzare i metalli. Forti venti trasportano il ferro vaporizzato verso il lato notturno, più fresco, dove si condensa in goccioline di ferro. Sulla sinistra dell’immagine si può vedere il confine serale dell’esopianeta, dove avviene la transizione tra il giorno e la notte. Crediti: Eso/M. Kornmesser

Ma anche così, per gli scienziati è stata una sorpresa trovare del bario, che è 2,5 volte più pesante del ferro, nella zona superiore dell’atmosfera di Wasp-76 b e Wasp-121 b. «Data l’elevata gravità dei pianeti, ci saremmo aspettati che elementi pesanti come il bario cadessero rapidamente negli strati inferiori dell’atmosfera», spiega il coautore Olivier Demangeon, ricercatore dell’Università di Porto e dell’Ia.

«In un certo senso questa è stata una scoperta “accidentale”», dice Azevedo Silva. «Non ci aspettavamo il bario e non lo stavamo cercando in particolare, e abbiamo dovuto verificare che provenisse effettivamente dal pianeta poiché non era mai stato visto prima in nessun esopianeta».

Il fatto che il bario sia stato rilevato nelle atmosfere di entrambi questi gioviani ultra-caldi suggerisce che questa categoria di pianeti potrebbe essere ancora più strana di quanto si pensasse in precedenza. Anche se occasionalmente vediamo il bario nei nostri cieli, come nei fuochi d’artificio di colore verde brillante, rimane la domanda per gli scienziati su quale processo naturale potrebbe causare la presenza di questo elemento pesante ad altitudini così elevate in questi esopianeti. «Al momento non siamo sicuri di quali siano i meccanismi», conferma Demangeon.

Nello studio delle atmosfere degli esopianeti, i gioviani ultra-caldi sono molto utili. Come spiega Demangeon: «Essendo gassosi e caldi, le loro atmosfere sono molto estese e quindi sono più facili da osservare e studiare rispetto a quelle di pianeti più piccoli o più freddi».

Determinare la composizione dell’atmosfera di un esopianeta richiede attrezzature molto specializzate. Il team ha utilizzato lo strumento Espresso installato sul Vlt dell’Eso in Cile per analizzare la luce stellare filtrata attraverso le atmosfere di Wasp-76 b e Wasp-121 b. Ciò ha permesso di rilevare chiaramente diversi elementi in esse contenuti, incluso il bario.

Il bario è solo uno dei tanti elementi individuati grazie a Espresso nelle atmosfere di Wasp-76b e Wasp-121b. Crediti: Eso/L. Calçada/M. Kornmesser

«Wasp-121b e Wasp-76b si confermano tra gli esopianeti più interessanti di cui studiare l’atmosfera», osserva uno dei coautori dello studio, Francesco Borsa dell’Inaf di Brera. «Dopo essere stati i primi in cui è stato visto il litio, ora ecco anche il bario. Questa scoperta ci conferma che le atmosfere degli ultra-hot Jupiters sono veramente esotiche, e più le studiamo più troviamo nuovi misteri da risolvere. La moltitudine di elementi che ci sono li rende anche ottimi laboratori per testare le nostre tecniche di analisi, in attesa di poterle applicare a pianeti di tipo terrestre con telescopi e strumenti di prossima generazione».

«Purtroppo ancora non conosciamo le loro abbondanze assolute», aggiunge un altro coautore dello studio, Paolo Molaro dell’Inaf di Trieste, instrument scientist di Espresso, «ma solo che quasi tutti gli elementi, anche quelli più rari, sono presenti nelle atmosfere degli ultra-hot Jupiters. Per il solo fatto di riuscire a “vederli”, elementi rari come il bario o il litio devono essere molto abbondanti, ed è la loro abbondanza che pone nuovi e affascinanti interrogativi. Sappiamo per esempio che il bario e lo stronzio sono sovrabbondanti nella crosta terrestre, e il litio potrebbe avere un’abbondanza più alta di quella cosmica, richiedendo nuovi e sconosciuti processi di nucleosintesi nelle fasi di formazione dei sistemi planetari».

Questi nuovi risultati mostrano che abbiamo solo scalfito la superficie dei misteri degli esopianeti. Con strumenti futuri come l’ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph (Andes), che opererà sull’Elt (Extremely Large Telescope) dell’Eso ora in costruzione, gli astronomi potranno studiare le atmosfere di esopianeti grandi e piccoli, compresi quelli dei pianeti rocciosi simili alla Terra, in modo molto più approfondito e potranno raccogliere ulteriori indizi sulla natura di questi strani mondi.

Fonte: comunicato stampa Eso

Per saperne di più:

  • Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “Detection of Barium in the atmospheres of ultra-hot gas giants WASP-76b & WASP-121b”, di T. Azevedo Silva, O. D. S. Demangeon, N. C. Santos, R. Allart, F. Borsa, E. Cristo, E. Esparza-Borges, J. V. Seidel, E. Palle, S. G. Sousa, H. M. Tabernero, M. R. Zapatero Osorio, S. Cristiani. F. Pepe, R. Rebolo, V. Adibekyan, Y. Alibert, S. C. C. Barros, V. Bourrier, P. Di Marcantonio, V. D’Odorico, D. Ehrenreich, P. Figueira, J. I. González Hernández, C. J. A. P. Martins, A. Mehner, G. Micela. P. Molaro, D. Mounzer, N. J. Nunes, A. Sozzetti, A. Suárez Mascareño e S. Udry

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