L’esopianeta gioviano ultra-caldo Wasp-121b potrebbe essersi formato molto più vicino alla sua stella di quanto si ritenesse possibile finora. La scoperta è il risultato delle analisi della sua atmosfera planetaria effettuate con lo spettrometro Igrins installato al telescopio Gemini Sud, sulle Ande cilene. I risultati dello studio, guidato da Peter Smith dell’università statale dell’Arizona, sono stati pubblicati il 30 gennaio scorso su The Astronomical Journal.
Il telescopio Gemini Sud installato al Cerro Pachón, nelle Ande cilene È il gemello meridionale dell’osservatorio internazionale Gemini. Crediti: International Gemini Observatory / NoirLab / Nsf / Aura / M. Paredes
Quasi un terzo degli esopianeti conosciuti – finora oltre cinquemila – sono giganti gassosi, simili a Giove o Saturno. Mentre il nostro Sistema solare si è sviluppato con i giganti gassosi lontani dal Sole, alcuni sistemi planetari sono costituiti dai cosiddetti “gioviani caldi” o addirittura “ultra-caldi”: giganti gassosi che orbitano molto vicini alla loro stella (alcuni vicini quanto Mercurio al Sole). Per questo motivo, gli esopianeti gioviani caldi esposti a temperature estreme si sono meritati il soprannome di “marshmallow arrosto”, ripreso dall’omonimo programma osservativo che utilizza Igrins per studiare la composizione e il clima nelle atmosfere dei pianeti gioviani caldi.
Come è stato possibile capire la posizione del pianeta in formazione rispetto alla stella, basandosi sull’analisi della sua atmosfera? Anzitutto occorre tenere presente che un sistema planetario si forma a partire dal cosiddetto disco protoplanetario, un disco vorticoso contenente una miscela di materiale roccioso e ghiacciato. I materiali rocciosi come il ferro, il magnesio e il silicio necessitano di temperature molto alte per passare dallo stato solido a quello gassoso, mentre i materiali ghiacciati come l’acqua, il metano, l’ammoniaca e il monossido di carbonio, sono facilmente vaporizzabili e richiedono temperature molto basse per condensarsi. D’accordo con il gradiente della temperatura, i materiali rocciosi e ghiacciati all’interno del disco si distribuiscono nei diversi stati, da vapore a solido, a seconda della distanza dalla stella. Le conseguenze di questa distribuzione sono molto interessanti: possono essere individuati gli elementi nella composizione dei pianeti e delle loro atmosfere, è possibile calcolare il rapporto tra materiale roccioso e ghiacciato e infine si può determinare la distanza del pianeta dalla sua stella.
Distribuzione dei materiali rocciosi e ghiacciati all’interno del disco protoplanetario di una stella in base al gradiente di temperatura (illustrazione artistica). Crediti: NoirLab/Nsf/Aura/P. Marenfeld
Nel caso di Wasp-121b è stato misurato per la prima volta il rapporto roccia-ghiaccio di un pianeta in transito utilizzando un unico strumento – Igrins appunto: impresa per cui di solito servono due strumenti diversi. La misurazione di questo rapporto richiede in genere osservazioni multiple, utilizzando sia uno strumento sensibile alla luce visibile per rilevare gli elementi rocciosi solidi, sia uno sensibile alla luce infrarossa per rilevare gli elementi ghiacciati allo stato gassoso. Ma proprio a causa delle temperature estreme raggiunte dal pianeta Wasp-121b, entrambi i materiali vengono vaporizzati nell’atmosfera, e sono rilevabili con l’alta risoluzione spettrale di Igrins.
«Si tratta di un risultato davvero interessante, perché il rapporto tra materiali rocciosi e solidi in Wasp-121b non è quello che ci aspettavamo di vedere: contiene una sovrabbondanza di materiale roccioso vaporizzato», spiega Lorenzo Pino, ricercatore all’Inaf di Arcetri e coautore dello studio. «Questo può essere spiegato se il pianeta si è formato all’interno della linea dei ghiacci dell’acqua del suo disco protoplanetario, a differenza per esempio di Giove: è dunque un risultato inaspettato per un gigante gassoso come Wasp-121b».
«Questi risultati sono molto incoraggianti per l’analisi chimica degli esopianeti anche in futuro: lo European Extremely Large Telescope (Elt) ospiterà Andes, uno strumento che abbinerà la grande capacità di raccogliere fotoni di Elt a una copertura spettrale maggiore rispetto a quella di Igrins», aggiunge Pino. «Studi come questo dimostrano il potenziale di Andes come strumento per caratterizzare in dettaglio la storia di formazione dei pianeti extrasolari e – con tecniche molto simili – di caratterizzare le atmosfere di pianeti più piccoli e freddi, potenzialmente rocciosi, che potrebbero essere interessanti per lo sviluppo della vita».
Per saperne di più:
- Leggi su The Astronomical Journal l’articolo “The Roasting Marshmallows Program with IGRINS on Gemini South. II. WASP-121 b has Superstellar C/O and Refractory-to-volatile Ratios” di Peter C. B. Smith, Jorge A. Sanchez, Michael R. Line, Emily Rauscher, Megan Weiner Mansfield, Eliza M.-R. Kempton, Arjun Savel, Joost P. Wardenier, Lorenzo Pino, Jacob L. Bean, Hayley Beltz, Vatsal Panwar, Matteo Brogi, Isaac Malsky, Jonathan Fortney, Jean-Michel Désert, Stefan Pelletier, Vivien Parmentier, Sai Krishna Teja Kanumalla, Luis Welbanks, Michael Meyer, e John Monnier