L’esopianeta proibito, così l’hanno chiamato i ricercatori. Toi-5205 b, questo il suo nome scientifico, ha l’inspiegata caratteristica di avere un’atmosfera con una quantità inferiore di elementi pesanti rispetto alla sua stella ospite. Lo dice l’analisi spettroscopica condotta grazie al James Webb Space Telescope, descritta in un articolo pubblicato la scorsa settimana su The Astronomical Journal.
Rappresentazione artistica del gigante gassoso Toi-5205 b in orbita attorno a una piccola e fredda stella nana rossa. Crediti: Katherine Cain, Carnegie Science
Toi-5205 b è un pianeta delle dimensioni di Giove che orbita attorno a una stella – a circa 280 anni luce da noi – grande più o meno quattro volte Giove e con una massa pari a circa il 40 per cento di quella del Sole. Una combinazione tutt’altro che peculiare: pianeti gioviani in orbita attorno a stelle nane di tipo M simili al Sole sono i primi ad essere stati scoperti, sebbene il loro processo di formazione non sia ancora stato compreso. Si tratta infatti di un pianeta facile da scovare attraverso la tecnica dei transiti: quando Toi-5205 b passa davanti alla sua stella ospite – le transita davanti, appunto – oscura circa il 6 per cento della luce stellare. Osservando questo fenomeno con uno spettrografo che scompone la luce nelle sue varie lunghezze d’onda, è possibile dedurre la composizione dell’atmosfera del pianeta e ottenere informazioni sulla sua storia e sulla sua relazione con la stella madre. Secondo le teorie, i pianeti si formano a partire dal disco rotante di gas e polveri che circonda una stella nelle sue prime fasi evolutive. Sebbene si ritenga che anche i pianeti giganti si formino in questi dischi protoplanetari, l’esistenza di pianeti massicci come Toi-5205 b in orbita ravvicinata attorno a stelle fredde – i cosiddetti Gems, giant exoplanets around M dwarf stars – solleva numerosi interrogativi su questo processo.
Dopo aver confermato l’esistenza di questo pianeta nel 2023, a partire dai dati del Transiting Exoplanet Survey Satellite (Tess) della Nasa, gli autori del nuovo studio hanno avviato un programma osservativo dedicato utilizzando il telescopio spaziale Webb, che ha condotto le prime osservazioni della sua composizione atmosferica. Webb ha osservato tre transiti di Toi-5205 b, mostrando una stranezza difficile da spiegare: l’atmosfera del pianeta presenta una concentrazione di elementi più pesanti dell’idrogeno (un parametro che gli astronomi chiamano metallicità) inferiore a quella di un gigante gassoso del nostro Sistema solare come Giove. Addirittura, la sua metallicità sarebbe inferiore a quella della sua stessa stella ospite. Questo lo rende un caso eccezionale tra tutti i pianeti giganti studiati finora.
Inoltre, sebbene meno sorprendente, i transiti hanno evidenziato la presenza di metano (CH₄) e solfuro di idrogeno (H₂S) nell’atmosfera di Toi-5205 b. Per capire meglio questi risultati, gli autori hanno utilizzato modelli avanzati di riproduzione degli interni planetari, prevedendo che la composizione complessiva di Toi-5205 b sia circa cento volte più ricca di elementi pesanti rispetto alla sua atmosfera, come dedotto dalle osservazioni dei transiti.
«Abbiamo osservato una metallicità molto più bassa rispetto a quella prevista dai nostri modelli per la composizione globale del pianeta, che viene calcolata a partire dalle misure di massa e raggio. Questo suggerisce che gli elementi pesanti siano migrati verso l’interno durante la formazione e che attualmente interno e atmosfera non siano ben mescolati», spiega Shubham Kanodia, ricercatore all’Earth and Planets Laboratory del Carnegie Science a Washington DC, e coautore dello studio. «In sintesi, questi risultati indicano un’atmosfera planetaria molto ricca di carbonio e povera di ossigeno».
I ricercatori hanno poi ideato un metodo per correggere gli effetti delle macchie stellari sulla stella ospite di Toi-5205 b, che hanno lasciato un’impronta nei loro dati, intensificando alcune lunghezze d’onda e mascherando potenziali segnali nell’atmosfera. Il prossimo passo sarà osservare nuovamente il sistema con lo stesso telescopio, correggendo queste alterazioni. E poi, forse, avanzare qualche nuova ipotesi circa la formazione di questo pianeta e di molti altri.
Per saperne di più:
- Leggi su The Astronomical Journal l’articolo “GEMS JWST: Transmission Spectroscopy of TOI-5205b Reveals Significant Stellar Contamination and a Metal-poor Atmosphere“, di Caleb I. Cañas, Jacob Lustig-Yaeger, Shang-Min Tsai, Simon Müller, Ravit Helled, Shubham Kanodia, Dana R. Louie, Giannina Guzmán Caloca, Peter Gao, Jessica Libby-Roberts, Kevin K. Hardegree-Ullman, Knicole D. Colón, Ian Czekala, Megan Delamer, Te Han, Andrea S.J. Lin, Suvrath Mahadevan, Erin M. May, Joe P. Ninan, Anjali A. A. Piette, Guðmundur Stefánsson, Kevin B. Stevenson, Johanna Teske e Nicole L. Wallack