Il telescopio spaziale James Webb NASA/ESA/CSA ha trovato prove inequivocabili di anidride carbonica nell’atmosfera di un pianeta gigante gassoso in orbita attorno a una stella simile al Sole a 700 anni luce di distanza. Il risultato fornisce importanti informazioni sulla composizione e la formazione del pianeta ed è indicativo della capacità di Webb di rilevare e misurare l’anidride carbonica anche nelle atmosfere più sottili dei pianeti rocciosi più piccoli.
WASP-39 b è un gigante gassoso caldo con una massa di circa un quarto di quella di Giove (circa la stessa di Saturno) e un diametro 1,3 volte quello di Giove. La sua estensione è in parte correlata alla sua alta temperatura (circa 900°C). A differenza dei giganti gassosi più freddi e compatti del nostro Sistema Solare, WASP-39 b orbita molto vicino alla sua stella ospite – solo circa un ottavo della distanza tra il Sole e Mercurio – completando un’orbita in poco più di quattro giorni terrestri. La scoperta del pianeta, riportata nel 2011, si basava su rilevazioni a terra della lieve e periodica attenuazione della luce dalla sua stella ospite mentre il pianeta transitava davanti alla stella.
Pianeti in transito come WASP-39 b, le cui orbite vengono osservate di taglio anziché dall’alto, possono fornire ai ricercatori opportunità ideali per sondare le atmosfere planetarie.
Durante un transito, parte della luce stellare viene eclissata completamente dal pianeta (causando l’oscuramento generale) e parte viene trasmessa attraverso l’atmosfera del pianeta. L’atmosfera filtra alcuni colori più di altri, a seconda di fattori di composizione, di quanto è spessa e se ci sono o meno nuvole. Possiamo osservare questo effetto nella nostra atmosfera mentre il colore e la qualità della luce diurna cambiano a seconda di quanto sia nebbiosa o umida l’aria, o di dove si trovi il Sole nel cielo.
Poiché gas diversi assorbono diverse combinazioni di colori, i ricercatori possono analizzare piccole differenze nella luminosità della luce trasmessa su uno spettro di lunghezze d’onda e quindi stabilire esattamente di cosa è fatta un’atmosfera. Con la sua combinazione di atmosfera “gonfia” e transiti frequenti, WASP-39 b è un bersaglio ideale per questa tecnica, nota come spettroscopia di trasmissione. Il team ha utilizzato lo spettrografo nel vicino infrarosso di Webb (NIRSpec) per effettuare questa rilevazione.
Nello spettro risultante dell’atmosfera dell’esopianeta, la piccola collina tra 4,1 e 4,6 micron è tutt’altro che banale per i ricercatori degli esopianeti. È la prima prova chiara, dettagliata e indiscutibile dell’anidride carbonica mai rilevata su un pianeta al di fuori del Sistema Solare.
“Non appena i dati sono apparsi sul mio schermo, l’enorme caratteristica di anidride carbonica mi ha rapito,” ha affermato Zafar Rustamkulov, della Johns Hopkins University negli Stati Uniti e membro del team degli esopianeti in transito. “È stato un momento speciale, che ha varcato una soglia importante nelle scienze degli esopianeti“.
Anche senza la forte caratteristica dell’anidride carbonica, questo spettro sarebbe notevole. Nessun osservatorio ha mai misurato differenze così sottili nella luminosità di così tanti singoli colori nell’intervallo da 3 a 5,5 micron in uno spettro di trasmissione di un esopianeta prima d’ora. L’accesso a questa parte dello spettro è fondamentale per misurare le abbondanze di gas come acqua e metano, nonché l’anidride carbonica, che si pensa esistano nelle atmosfere di molti diversi tipi di esopianeti.
“Rilevare un segnale così chiaro di anidride carbonica su WASP-39 b fa ben sperare per la rilevazione di atmosfere su pianeti più piccoli di dimensioni terrestri,” ha affermato Natalie Batalha dell’Università della California, che guida il team di ricercatori che studiano esopianeti in transito con Webb.
“È incredibile vedere lo strumento NIRSpec dell’ESA produrre questi dati incredibili così presto nella missione, quando sappiamo che possiamo ancora migliorare la qualità dei dati in futuro,” ha aggiunto Sarah Kendrew, ESA Webb MIRI Instrument e Calibration Scientist presso lo Space Telescope Science Istitute di Baltimora.
Comprendere la composizione dell’atmosfera di un pianeta è importante perché ci dice qualcosa sull’origine del pianeta e su come si è evoluto. “Le molecole di anidride carbonica sono traccianti sensibili della storia della formazione dei pianeti,” ha affermato il membro del team Mike Line dell’Arizona State University. “Misurando questa caratteristica dell’anidride carbonica, possiamo stabilire quanto materiale solido rispetto a quanto gassoso è stato utilizzato per formare questo pianeta gigante gassoso. Nel prossimo decennio, Webb effettuerà questa misurazione per una varietà di pianeti, fornendo informazioni su come si formano i pianeti e sull’unicità del nostro Sistema Solare“.
Questi risultati si basano anche sulla ricerca esistente del telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA. “Negli ultimi decenni il telescopio spaziale Hubble ha stabilito un precedente per i misteri che queste atmosfere contengono, dalle nuvole che si diffondono oscurando le caratteristiche molecolari, ai rilevamenti dell’assorbimento del vapore acqueo e alle atmosfere in fuga,” ha affermato Hannah Wakeford dell’Università di Bristol, membro del team. “Webb completerà ed estenderà questi studi con una risoluzione, una copertura della lunghezza d’onda e una precisione più elevate per rivelare le tendenze chiave nei dati che indicano la formazione e l’evoluzione di questi pianeti“.
L’osservazione del prisma NIRSpec di WASP-39 b è solo una parte di un’indagine più ampia che include osservazioni del pianeta utilizzando una serie di strumenti, nonché osservazioni di altri due pianeti in transito. L’indagine, che fa parte del programma Early Release Science, è stata progettata per fornire alla comunità di ricerca sugli esopianeti solidi dati di Webb il prima possibile.
“Vedere i dati per la prima volta è stato come leggere una poesia nella sua interezza, quando prima avevamo solo una parola su tre,” ha aggiunto Laura Kreidberg, membro del team del Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg. “Questi primi risultati sono solo l’inizio; i dati di Early Release Science hanno dimostrato che Webb si comporta magnificamente e gli esopianeti più piccoli e più freddi (più simili alla nostra Terra) sono alla sua portata“.
“L’obiettivo è analizzare rapidamente le osservazioni di Early Release Science e sviluppare strumenti open source che la comunità scientifica possa utilizzare,” ha spiegato Vivien Parmentier dell’Università di Oxford. “Ciò consente contributi da tutto il mondo e garantisce che la migliore scienza possibile nei prossimi decenni di osservazioni“.
