Astronomia: un mondo infernale con cieli di titanio, osservato per la prima volta nell’atmosfera di un esopianeta

Un’equipe di astronomi, guidata da Elyar Sedaghati, borsista ESO e recentmente diplomato alla TU di Berlino, ha esaminato l’atmosfera dell’esopianeta WASP-19b in un dettaglio mai raggiunto prima. Questo notevole pianeta ha quasi la stessa massa di Giove, ma è così vicino alla sua stella madre che completa un’orbita in appena 19 ore e la sua temperatura raggiunge i 2000 gradi C.

Quando WASP-19b passa di fronte alla sua stella madre, parte della sua luce passa attraverso l’atmosfera del pianeta e lascia tenui impronte del suo passaggio nella luce che alla fine raggiunge la Terra. Usando lo strumento FORS2 installato sul VLT (Very Large Telescope) dell’ESO, l’equipe è stata in grado di analizzare in dettaglio questa luce e dedurre che l’atmosfera contiene piccole quantità di ossido di titanio, acqua e tracce di sodio, oltre a un caligine globale che diffonde la luce.

“Trovare queste molecole non è un compito semplice“, spiega Elyar Sedaghati, che ha lavorato per due anni su questo progetto come studente all’ESO. “Non solo ci servono dati di qualità eccezionale, ma dobbiamo anche elaborarli con programmi sofisticati. Abbiamo usato un algoritmo che esplora milioni di spettri alla ricerca di un ampia gamma di composizioni chimiche, di temperature e di proprietà della caligine, prima di poter trarre le nostre conclusioni.“

L’ossido di titanio è raro sulla Terra. Si sa che esiste nelle atmosfere delle stelle fredde. Nell’atmosfera di un pianeta caldo come WASP-19b agisce come assorbitore di calore. Se fossero presenti in quantità sufficiente, queste molecole impedirebbero al calore di entrare o di sfuggire attraverso l’atmosfera, portando all’effetto di inversione termica – la temperatura è più alta negli strati superiori dell’atmosfera e più bassa negli strati inferiori, l’opposto di quel che accade normalmente. L’ozono svolge un simile ruolo nell’atmosfera terrestre, causando l’inversione termica nella stratosfera.

“La presenza dell’ossido di titanio nell’atmosfera di WASP-19b può avere effetti importanti sulla struttura della temperatura e sulla circolazione atmosferica,” spiega Ryan MacDonald, altro membro del gruppo e astronomo alla Cambridge University, Regno Unito. “Essere in grado di esaminare gli esopianeti a questo livello di dettaglio è promettente e molto emozionante.” aggiunge Nikku Madhusudhan della Cambridge University che ha supervisionato l’interpretazione teorica delle osservazioni.

Gli astronomi hanno raccolto le osservazioni di WASP-19b per un periodo di più di un anno. Misurando le variazioni relative del raggio del pianeta a diverse lunghezze d’onda della luce che attraversa l’atmosfera del pianeta e confrontando le osservazioni con modelli di atmosfera hanno potuto derivare diverse proprietà, come il contenuto chimico, dell’atmosfera dell’esopianeta.

Questa nuova informazione sulla presenza di ossidi metallici come l’ossido di tianio e altre sostante permetterà modelli molto più precisi di atmosfere esoplanetarie. Guardando al futuro, quando gli astronomi saranno in grado di osservare le atmosfere di possibli pianeti abitabili, i modelli più raffinati permetteranno di capire meglio come interpretare le osservazioni.

“Questa importante scoperta è il risultato di una ristrutturazione dello strumento FORS2, pensato proprio per questo scopo,” conclude Henri Boffin, dell’ESO e membro del gruppo, che ha guidato il progetto di ristrutturazione. “Da allora, FORS2 è diventato lo strumento più adatto per questo tipo di studi da terra.“