Gli astronomi hanno scoperto che un pianeta gigante, WASP-189b, riproduce la composizione della sua stella madre, fornendo la prima prova diretta di un concetto fondamentale in astrobiologia. Questa scoperta è stata ottenuta grazie alla prima misurazione simultanea in assoluto di magnesio e silicio gassosi nell’atmosfera di un pianeta. Il team ha utilizzato il telescopio Gemini South, una delle due componenti dell’Osservatorio Internazionale Gemini, finanziato in parte dalla National Science Foundation statunitense e gestito da NSF NOIRLab.
A quasi 320 anni luce di distanza, nella costellazione della Bilancia, si trova WASP-189b, un esopianeta noto come Giove ultra-caldo (UHJ). Gli UHJ hanno temperature sufficientemente elevate da vaporizzare elementi che formano le rocce come il magnesio (Mg), il silicio (Si) e il ferro (Fe), offrendo una rara opportunità di osservare questi elementi tramite spettroscopia, la tecnica che scompone la luce nelle sue lunghezze d’onda componenti per identificare la presenza di sostanze chimiche.
Lo studio
Un team internazionale di astronomi guidato da Jorge Antonio Sanchez, uno studente laureato presso l’Arizona State University (ASU), ha osservato WASP-189b utilizzando lo spettrografo a reticolo di diffrazione a immersione ad alta risoluzione (IGRINS) quando era installato sul telescopio Gemini South in Cile. Questo potente strumento ha permesso loro di misurare simultaneamente il contenuto di magnesio e silicio nell’atmosfera dell’esopianeta. Questa è la prima volta che viene effettuata una misurazione di questo tipo e i dati rivelano che WASP-189b ha lo stesso rapporto magnesio-silicio della sua stella madre. Questa scoperta fornisce la prima prova osservativa di un’ipotesi ampiamente accettata sulla formazione dei pianeti e apre una nuova strada per comprendere come si formano e si evolvono gli esopianeti.
“Queste scoperte dimostrano la capacità di Gemini di aiutarci a comprendere le caratteristiche della straordinaria varietà di esopianeti nel nostro vicinato solare”, afferma Chris Davis, direttore del programma NSF per NOIRLab. “Tali scoperte sono possibili solo grazie agli strumenti all’avanguardia di Gemini”.
Si ritiene che i pianeti giganti caldi come WASP-189b abbiano uno strato esterno di gas la cui composizione chimica è influenzata dal disco di materiale in cui si sono formati, noto come disco protoplanetario. I ricercatori presumono che il rapporto tra gli elementi che formano le rocce in un disco protoplanetario corrisponda a quello della stella madre, poiché entrambi sono nati dalla stessa nube primordiale di materiale.
Questo legame chimico dedotto tra una stella e i pianeti che si formano attorno ad essa viene comunemente utilizzato per modellare la composizione degli esopianeti rocciosi. Tale legame era precedentemente basato su misurazioni effettuate all’interno del nostro Sistema Solare e non era stato osservato direttamente su pianeti altrove, fino ad ora.
“WASP-189b ci fornisce un punto di riferimento osservativo fondamentale per la nostra comprensione della formazione dei pianeti terrestri, poiché offre una quantità misurabile che convalida la presunta somiglianza tra la composizione stellare e la proporzione di materiale roccioso attorno alle stelle madri utilizzato per la formazione dei pianeti”, afferma Sanchez.
Una conferma importante per l’astrobiologia
Questa ipotesi non è utile solo per comprendere la formazione planetaria, ma è anche fondamentale per il campo dell’astrobiologia, che include lo studio degli ambienti abitabili nel Sistema Solare. Misurando la composizione chimica di una stella, gli scienziati possono dedurre l’abbondanza degli elementi che formano le rocce negli esopianeti della stella, che a loro volta possono determinare le condizioni geochimiche che rendono un pianeta abitabile. Ad esempio, gli elementi che formano le rocce sulla Terra sono in parte responsabili del nostro campo magnetico protettivo, della tettonica a placche e del rilascio di sostanze chimiche essenziali per la vita nella nostra atmosfera, negli oceani e nel suolo.
Mentre il campo di ricerca sugli esopianeti si concentra sulla caratterizzazione dei pianeti terrestri e cerca di chiarire le condizioni di abitabilità dei mondi rocciosi, le prove empiriche che convalidano la relazione tra la composizione stellare e quella planetaria rappresentano un passo avanti fondamentale. Il livello di risoluzione spettrale necessario per questo tipo di studi è attualmente disponibile solo con telescopi terrestri.
“Il nostro studio dimostra la capacità degli spettrografi terrestri ad alta risoluzione di vincolare la composizione di specie critiche come il magnesio e il silicio, due elementi costitutivi dei pianeti rocciosi“, afferma Michael Line, professore associato presso l’ASU e coautore dello studio. “Questa capacità in continua evoluzione apre una dimensione completamente nuova nel nostro studio delle atmosfere degli esopianeti”.
Ulteriori osservazioni multi-lunghezza d’onda ad alta risoluzione per studiare le atmosfere degli esopianeti, come quella di WASP-189b, contribuiranno a rivelare la più ampia gamma di composti chimici presenti nei mondi distanti. Tali studi consentiranno di acquisire una comprensione più approfondita delle condizioni che governano l’origine, l’evoluzione e la potenziale abitabilità dei pianeti.
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