Gli astronomi hanno messo a punto la prima mappa tridimensionale di un pianeta in orbita attorno a un’altra stella, rivelando un’atmosfera con distinte zone di temperatura, una così torrida da scomporre il vapore acqueo, come riportato in una nuova ricerca da un team co-guidato da un esperto della Cornell University. La mappa della temperatura di WASP-18b, un gigante gassoso noto come “gioviano ultra-caldo“, situato a 400 anni luce dalla Terra, è la prima ad applicare una tecnica chiamata mappatura 3D delle eclissi, o mappatura spettroscopica delle eclissi. Lo studio si basa su un modello 2D pubblicato dai membri dello stesso team nel 2023 , che ha dimostrato il potenziale della mappatura delle eclissi per sfruttare le osservazioni altamente sensibili del James Webb Space Telescope (JWST) della NASA.
I ricercatori affermano che per molti tipi simili di esopianeti osservabili dal JWST, ora possono iniziare a mappare le variazioni atmosferiche, proprio come, ad esempio, i telescopi terrestri hanno osservato molto tempo fa la Grande Macchia Rossa di Giove e la struttura delle nubi a bande.
“La mappatura delle eclissi ci permette di visualizzare esopianeti che non possiamo vedere direttamente, perché le loro stelle ospiti sono troppo luminose“, ha affermato Ryan Challener, ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Astronomia. “Con questo telescopio e questa nuova tecnica, possiamo iniziare a comprendere gli esopianeti allo stesso modo dei nostri vicini del sistema solare“.
Challener è il primo autore di “Horizontal and Vertical Exoplanet Thermal Structure from a JWST Spectroscopic Eclipse Map“, ricerca pubblicata Nature Astronomy. Tra gli oltre 30 coautori figurano Megan Wiener Mansfield, professoressa associata di astronomia presso l’Università del Maryland, che ha co-diretto il progetto, e Jake Turner, ricercatore associato presso il Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science.
Rilevare gli esopianeti è difficile: in genere emettono molto meno dell’1% della luminosità della stella madre. La mappatura delle eclissi richiede la misurazione di piccole frazioni di quella luminosità totale mentre un pianeta orbita dietro la sua stella, oscurandone e rivelandone parti lungo il percorso. Gli scienziati possono collegare piccole variazioni di luminosità a regioni specifiche per produrre una mappa di luminosità che, se realizzata in più colori, può essere convertita in temperature tridimensionali: latitudine, longitudine e altitudine.
“Si cercano cambiamenti in piccole porzioni del pianeta mentre scompaiono e ricompaiono alla vista“, ha detto Challener, “quindi è una sfida straordinaria“.
WASP-18b, che ha una massa pari a circa 10 volte quella di Giove, orbita in sole 23 ore e ha temperature prossime ai 5mila gradi Fahrenheit, ha fornito un segnale relativamente forte, il che lo rende un buon banco di prova per la nuova tecnica di mappatura.
Mentre la precedente mappa 2D utilizzava una singola lunghezza d’onda luminosa, o colore, la mappa 3D ha rianalizzato le stesse osservazioni dello strumento NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) del JWST in diverse lunghezze d’onda. Challener ha affermato che ogni colore corrispondeva a diverse temperature e altitudini all’interno dell’atmosfera gassosa di WASP-18b, che potevano essere combinate per creare la mappa 3D.
“Se si costruisce una mappa a una lunghezza d’onda che l’acqua assorbe, si vedrà lo strato d’acqua nell’atmosfera, mentre una lunghezza d’onda che l’acqua non assorbe permetterà di sondare più in profondità“, ha detto Challener. “Se si mettono insieme queste informazioni, si può ottenere una mappa tridimensionale delle temperature in questa atmosfera“.
La nuova osservazione ha confermato regioni spettroscopicamente distinte – diverse per temperatura e forse per composizione chimica – nel “lato diurno” visibile di WASP-18b, il lato sempre rivolto verso la stella a causa della sua orbita sincrona. Il pianeta presenta un “punto caldo” circolare dove cade la luce stellare più diretta e dove i venti apparentemente non sono abbastanza forti da ridistribuire il calore. Attorno al punto caldo c’è un “anello” più freddo, più vicino ai bordi esterni visibili del pianeta, o arti. In particolare, ha affermato Challener, le misurazioni hanno mostrato livelli di vapore acqueo inferiori alla media di WASP-18b.
“Pensiamo che questa sia la prova che il pianeta è così caldo in questa regione che sta iniziando a scomporre l’acqua“, ha detto Challener. “Questo era stato previsto dalla teoria, ma è davvero emozionante vederlo con osservazioni reali“.
Challener ha affermato che ulteriori osservazioni del JWST potrebbero contribuire a migliorare la risoluzione spaziale della prima mappa 3D dell’eclissi. La tecnica può già contribuire a illuminare le mappe di temperatura di altri pianeti gioviani caldi, che costituiscono centinaia degli oltre 6mila esopianeti confermati finora.
“Questa nuova tecnica sarà applicabile a molti, molti altri pianeti che potremo osservare con il telescopio spaziale James Webb“, ha affermato Challener. “Possiamo iniziare a comprendere gli esopianeti in 3D come una popolazione, il che è davvero entusiasmante“.
La ricerca è stata supportata dal programma scientifico Transiting Exoplanet Community Early Release del JWST.
Vuoi ricevere le notifiche sulle nostre notizie più importanti?