Prime osservazioni 3D dell’atmosfera di un esopianeta – Il video

(Adnkronos) – Gli astronomi hanno compiuto un passo da gigante nell’esplorazione degli esopianeti, mappando per la prima volta la struttura tridimensionale dell’atmosfera di WASP-121b, un pianeta situato a circa 900 anni luce dalla Terra. Utilizzando il Very Large Telescope (VLT) dell’ESO, i ricercatori hanno scoperto venti potenti che trasportano elementi chimici come ferro e titanio, creando modelli climatici complessi e inaspettati. “L’atmosfera del pianeta ha dei comportamenti che sfidano la nostra comprensione di come funziona il meteo, non solo sulla Terra, ma su tutti i pianeti. Sembra un film di fantascienza”, afferma Julia Victoria Seidel, ricercatrice presso l’ESO (Osservatorio Europeo Australe) in Cile e autrice principale dello studio, pubblicato oggi su Nature. Il pianeta, WASP-121b (noto anche come Tylos), si trova a circa 900 anni luce di distanza da noi nella costellazione della Poppa. È un pianeta gioviano ultra-caldo, un gigante gassoso che orbita così vicino alla stella madre che un anno lì dura solo circa 30 ore terrestri. Inoltre, un lato del pianeta è rovente, poiché è sempre rivolto verso la stella, mentre l’altro lato è molto più freddo.  Il gruppo di lavoro ha esplorato in profondità l’atmosfera di Tylos e ha rivelato venti distinti in strati separati, che risultano nella mappa tridimensionale della struttura dell’atmosfera. È la prima volta che gli astronomi hanno potuto studiare l’atmosfera di un pianeta al di fuori del Sistema Solare in modo così approfondito e dettagliato. Lorenzo Pino, ricercatore dell”Istituto Nazionale di Astrofisica ha raccontato così il lavoro dietro la ricerca: “Abbiamo misurato tre diversi tipi di circolazione atmosferica associati a tre diverse regioni confinate in altezza. Ognuna ci insegna qualcosa di diverso su questo pianeta.
 
Nelle regioni più profonde, il materiale è ridistribuito tramite venti orientati direttamente dal lato diurno a quello notturno. Questo meccanismo è alla base della ridistribuzione di calore dal lato diurno – dove la stella deposita la sua energia – a quello notturno del pianeta. I modelli indicano che la presenza di un campo magnetico limita l’intensità di questo tipo di venti, ma i dati indicano che questo effetto non è molto forte in WASP-121b. Invece, è necessario che parte del calore venga liberato nel lato notturno attraverso specifiche reazioni chimiche che coinvolgono la formazione di idrogeno molecolare a partire dalla sua forma atomica – una reazione che libera energia.
 
Più in alto, abbiamo osservato una corrente a jet di forza inattesa, 100 volte più veloce dei venti misurati in Giove. I modelli non sono attualmente in grado di spiegare questi venti, che rappresentano forse la scoperta più inattesa. È possibile che anche questo tipo di circolazione atmosferica richieda la presenza di campi magnetici, ma l’effetto andrà quantificato in futuro con modelli dedicati.
 
Infine, nelle regioni più esterne dell’atmosfera abbiamo osservato una parziale transizione a dei venti orientati verticalmente. Pensiamo che questo fenomeno sia collegato al fenomeno ‘dell’evaporazione dell’atmosfera del pianeta’, cioè una perdita di massa (che però non sarà sufficiente a distruggere questo pianeta, che è massiccio). I meccanismi alla base di questo fenomeno, che riguarda molti giganti gassosi caldi, non sono ancora chiariti e questo studio mostra che la transizione da regimi di circolazione orizzontale a regimi verticali – che genererebbero poi la perdita di massa – è graduale, e dunque potenzialmente collegato. Ulteriori studi saranno necessari sia per determinare la velocità di questi moti verticali, per modellare la transizione tra i regimi di circolazione orizzontale e verticale.
 
Lo spettrografo ANDES, che sarà installato sull’Extremely Large Telescope dell’ESO in costruzione sulle Ande cilene, permetterà di estendere studi come questo – ora possibili solo su una manciata di pianeti particolarmente favorevoli – a decine di oggetti, permettendo di fare studi comparativi di incredibile precisione delle atmosfere dei pianeti giganti gassosi caldi e permettendoci di studiare anche le atmosfere di pianeti più piccoli. Offrirà quindi una nuova possibilità di mettere la nostra comprensione delle atmosfere dei pianeti nel Sistema solare in un contesto più ampio, e possibile solo grazie a questo tipo di studi”. 
Ecco il video pubblicato su YouTube dall’European Southern Observatory (ESO)
 
Per scoprire la struttura 3D dell’atmosfera dell’esopianeta, il gruppo ha utilizzato lo strumento ESPRESSO installato sul VLT dell’ESO per combinare la luce dei quattro telescopi individuali in un singolo segnale. Questa modalità di combinazione del VLT raccoglie quattro volte più luce di un singolo telescopio, permettendo di rivelare dettagli più deboli. Osservando il pianeta per un transito completo davanti alla stella madre, ESPRESSO ha trovato l’impronta di vari elementi chimici, sondando di conseguenza diversi strati dell’atmosfera. “Il VLT ci ha permesso di sondare tre diversi strati dell’atmosfera dell’esopianeta in un colpo solo”, afferma il coautore dello studio Leonardo A. dos Santos, astronomo assistente presso lo Space Telescope Science Institute di Baltimora, USA. Il gruppo ha tracciato i moti di ferro, sodio e idrogeno, che hanno permesso di tracciare i venti rispettivamente nello strato profondo, intermedio e superficiale dell’atmosfera del pianeta. “È il tipo di osservazione che è molto difficile da fare con i telescopi spaziali, evidenziando l’importanza delle osservazioni da terra degli esopianeti”, conclude. 
Francesco Borsa, ricercatore dell”Istituto Nazionale di Astrofisica commenta:”Questo risultato conferma le capacità eccezionali dello spettrografo ad altissima risoluzione ESPRESSO, il primo strumento in grado di osservare con tutti e quattro i telescopi del Very Large Telescope simultaneamente, simulando un telescopio da 16 metri di diametro. Le prime osservazioni in questo modo osservativo dell’atmosfera di WASP-121b (il primo esopianeta ad avere questo tipo di osservazioni) erano state pubblicate nel 2021 e già avevano dimostrato la loro eccezionalità, ma erano purtroppo solo parziali. Con questo studio si è completata la parte mancante delle osservazioni, e i risultati ci hanno permesso di studiare la chimica e fisica atmosferica di questo gioviano ultra caldo al variare di latitudine e longitudine. In particolare, la presenza di Titanio sembra essere limitata alle regioni equatoriali, suggerendo un rimescolamento atmosferico limitato. Lo studio del Titanio e dei suoi composti ci aiuta a capire come avvengono i meccanismi di condensazione in queste atmosfere planetarie dalle temperature estreme.I livelli di dettaglio raggiunti osservando con i quattro telescopi del VLT simultaneamente confermano le grandi aspettative che si hanno verso l’Extremely Large Telescope per lo studio delle atmosfere di esopianeti, con obiettivo l’osservazione di atmosfere di esopianeti potenzialmente abitabili”. È interessante notare che le osservazioni hanno anche rivelato la presenza di titanio appena sotto la corrente a getto, come evidenziato in uno studio correlato pubblicato su Astronomy and Astrophysics. Questa è stata un’altra sorpresa, poiché le precedenti osservazioni del pianeta avevano mostrato che questo elemento era assente, forse proprio perché nascosto in profondità nell’atmosfera.  “È davvero incredibile che siamo in grado di studiare dettagli come la composizione chimica e la struttura climatica di un pianeta a una distanza così grande”, commenta Bibiana Prinoth, una studentessa di dottorato presso l’Università di Lund, Svezia, e l’ESO, che ha guidato lo studio complementare ed è co-autrice dell’articolo di Nature. 
Per studiare l’atmosfera di pianeti più piccoli, simili alla Terra, tuttavia, saranno necessari telescopi più grandi. Tra questi ci saranno l’ELT (Extremely Large Telescope) dell’ESO, attualmente in costruzione nel deserto di Atacama in Cile, e il suo strumento ANDES. “L’ELT sarà uno strumento di svolta per lo studio delle atmosfere degli esopianeti”, afferma Prinoth. “Questa esperienza mi fa sentire come se fossimo sul punto di scoprire cose incredibili che ora possiamo solo sognare”.  —tecnologiawebinfo@adnkronos.com (Web Info)