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Mercoledì febbraio 8, 2023

Molecola mai vista prima: Webb rivela l'atmosfera di un esopianeta "Saturno caldo"

DISCLAIMER: Le informazioni e le opinioni riprodotte negli articoli sono quelle di chi le dichiara ed è sotto la propria responsabilità. La pubblicazione su The European Times non significa automaticamente avallo del punto di vista, ma il diritto di esprimerlo.

Questa illustrazione mostra l'esopianeta WASP-39 b e la sua stella. Credito: Melissa Weiss/Centro di astrofisica | Harvard e Smithsonian

Le nuove osservazioni del telescopio spaziale Webb di WASP-39 b rivelano una molecola mai vista prima nell'atmosfera di un pianeta - anidride solforosa - tra gli altri dettagli.

La schiera di strumenti altamente sensibili del telescopio è stata puntata sull'atmosfera di WASP-39 b, un “hot

Saturno
Saturno è il sesto pianeta dal Sole e ha la seconda massa più grande del Sistema Solare. Ha una densità molto più bassa della Terra ma ha un volume molto maggiore. Il nome di Saturno deriva dal dio romano della ricchezza e dell'agricoltura.

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>Saturno” situato a circa 700 anni luce di distanza. Un caldo Saturno è un esopianeta che è massiccio all'incirca quanto Saturno e orbita vicino a una stella in modo tale da avere temperature dell'atmosfera superficiale elevate. Sebbene Webb e altri telescopi spaziali, inclusi Hubble e Spitzer, abbiano precedentemente rivelato ingredienti isolati dell'atmosfera di questo pianeta bollente, le nuove letture forniscono un menu completo di atomi, molecole e persino segni di chimica attiva e nuvole.

"La chiarezza dei segnali di un numero di molecole diverse nei dati è notevole", afferma Mercedes López-Morales, astronoma presso il Centro di astrofisica | Harvard & Smithsonian e uno degli scienziati che hanno contribuito ai nuovi risultati.

"Avevamo previsto che avremmo visto molti di quei segnali, ma comunque, quando ho visto i dati per la prima volta, ero sbalordito", aggiunge López-Morales.

Gli ultimi dati danno anche un indizio di come queste nuvole negli esopianeti potrebbero apparire da vicino: frammentate piuttosto che un'unica coltre uniforme sul pianeta.

I risultati fanno ben sperare per la capacità di Webb di condurre l'ampia gamma di indagini sugli esopianeti - pianeti attorno ad altre stelle - che gli scienziati speravano. Ciò include sondare le atmosfere di pianeti rocciosi più piccoli come quelli del sistema TRAPPIST-1.

“Abbiamo osservato il

esopianeta
Un esopianeta (o pianeta extrasolare) è un pianeta che si trova al di fuori del nostro Sistema Solare, in orbita attorno a una stella diversa dal Sole. Il primo sospetto rilevamento scientifico di un esopianeta avvenne nel 1988, con la prima conferma del rilevamento nel 1992.

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>esopianeta con più strumenti che, insieme, forniscono un'ampia fascia dello spettro infrarosso e una panoplia di impronte chimiche inaccessibili fino a Webb", ha affermato Natalie Batalha, astronoma dell'Università della California, Santa Cruz, che ha contribuito e aiutato a coordinare la nuova ricerca. "Dati come questi sono un punto di svolta."

Le osservazioni del telescopio spaziale Webb di WASP-39 b rivelano anidride solforosa nell'atmosfera. Questa è la prima volta che questo viene rilevato nell'atmosfera di un esopianeta. Credito: Melissa Weiss/Centro di astrofisica | Harvard e Smithsonian

La suite di scoperte è dettagliata in una serie di cinque nuovi articoli scientifici presentati, disponibili sul server di prestampa arXiv. Tra le rivelazioni senza precedenti c'è il primo rilevamento nell'atmosfera di un esopianeta di anidride solforosa, una molecola prodotta da reazioni chimiche innescate dalla luce ad alta energia proveniente dalla stella madre del pianeta. Sulla Terra, lo strato protettivo di ozono nell'alta atmosfera si crea in modo simile.

"La sorprendente rilevazione di anidride solforosa conferma infine che la fotochimica modella il clima dei caldi Saturni", afferma Diana Powell, una

NASA
Fondata nel 1958, la National Aeronautics and Space Administration (NASA) è un'agenzia indipendente del governo federale degli Stati Uniti che è succeduta al National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). È responsabile del programma spaziale civile, nonché della ricerca aeronautica e aerospaziale. La sua visione è "Scoprire ed espandere la conoscenza a beneficio dell'umanità". I suoi valori fondamentali sono "sicurezza, integrità, lavoro di squadra, eccellenza e inclusione".

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>NASA Hubble fellow, astronomo presso il Center for Astrophysics e membro principale del team che fatto la scoperta dell'anidride solforosa. "Anche il clima della Terra è modellato dalla fotochimica, quindi il nostro pianeta ha più cose in comune con i 'Saturni caldi' di quanto sapessimo prima!"

Jea Adams, una studentessa laureata ad Harvard e ricercatrice presso il Center for Astrophysics, ha analizzato i dati che hanno confermato il segnale di anidride solforosa.

"Come ricercatore all'inizio della carriera nel campo delle atmosfere degli esopianeti, è così eccitante essere parte di un rilevamento come questo", afferma Adams. “Il processo di analisi di questi dati sembrava magico. Abbiamo visto indizi di questa caratteristica nei primi dati, ma questo strumento ad alta precisione ha rivelato chiaramente la firma di SO2 e ci ha aiutato a risolvere il puzzle».

La composizione atmosferica dell'esopianeta gigante gassoso caldo WASP-39 b è stata rivelata dal James Webb Space Telescope della NASA. Questo grafico mostra quattro spettri di trasmissione da tre degli strumenti di Webb operati in quattro modalità strumentali. In alto a sinistra, i dati di NIRISS mostrano le impronte digitali di potassio (K), acqua (H2O) e monossido di carbonio (CO). In alto a destra, i dati di NIRCam mostrano una firma d'acqua prominente. In basso a sinistra, i dati di NIRSpec indicano acqua, anidride solforosa (SO2), anidride carbonica (CO2) e monossido di carbonio (CO). In basso a destra, ulteriori dati NIRSpec rivelano tutte queste molecole oltre al sodio (Na). Crediti: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Ad una temperatura stimata di 1,600 gradi

Fahrenheit
La scala Fahrenheit è una scala di temperatura, dal nome del fisico tedesco Daniel Gabriel Fahrenheit e basata su quella da lui proposta nel 1724. Nella scala di temperatura Fahrenheit, il punto di congelamento dell'acqua è di 32 °F e l'acqua bolle a 212 °F, un Separazione di 180 °F, definita a livello del mare e pressione atmosferica standard. 

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>Fahrenheit e un'atmosfera composta principalmente da idrogeno, non si ritiene che WASP-39 b essere abitabile. L'esopianeta è stato paragonato sia a Saturno che a

Giove
Giove è il pianeta più grande del sistema solare e il quinto pianeta dal sole. È un gigante gassoso con una massa maggiore di tutti gli altri pianeti messi insieme. Il suo nome deriva dal dio romano Giove.

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>Giove, con una massa simile a Saturno, ma una dimensione complessiva grande quanto Giove . Ma il nuovo lavoro indica la strada per trovare prove di vita potenziale su un pianeta abitabile.

La vicinanza del pianeta alla sua stella ospite, otto volte più vicina di quanto Mercurio sia al nostro Sole, lo rende anche un laboratorio per studiare gli effetti delle radiazioni delle stelle ospiti sugli esopianeti. Una migliore conoscenza della connessione stella-pianeta dovrebbe portare a una comprensione più profonda di come questi processi creano la diversità dei pianeti osservati nella galassia.

Altri costituenti atmosferici rilevati da Webb includono sodio, potassio e vapore acqueo, a conferma di precedenti osservazioni del telescopio spaziale e terrestre, oltre a trovare ulteriori caratteristiche dell'acqua, a lunghezze d'onda maggiori, che non erano mai state viste prima.

Webb ha anche visto l'anidride carbonica a una risoluzione più elevata, fornendo il doppio dei dati riportati dalle sue precedenti osservazioni. Nel frattempo, è stato rilevato monossido di carbonio, ma dai dati erano assenti segni evidenti sia di metano che di idrogeno solforato. Se presenti, queste molecole si trovano a livelli molto bassi, una scoperta significativa per gli scienziati che fanno inventari della chimica degli esopianeti per comprendere meglio la formazione e lo sviluppo di questi mondi distanti.

Catturare uno spettro così ampio dell'atmosfera di WASP-39 b è stato un tour de force scientifico, poiché un team internazionale che contava centinaia di dati ha analizzato in modo indipendente da quattro delle modalità strumentali finemente calibrate di Webb. Hanno quindi effettuato confronti dettagliati delle loro scoperte, producendo risultati ancora più sfumati dal punto di vista scientifico.

Webb vede l'universo alla luce infrarossa, all'estremità rossa dello spettro luminoso oltre ciò che gli occhi umani possono vedere; che consente al telescopio di raccogliere impronte chimiche che non possono essere rilevate nella luce visibile.

Ciascuno dei tre strumenti ha persino una versione dell'"IR" dell'infrarosso nel nome: NIRSpec, NIRCam e NIRISS.

Per vedere la luce di WASP-39 b, Webb ha seguito il pianeta mentre passava davanti alla sua stella, permettendo a parte della luce della stella di filtrare attraverso l'atmosfera del pianeta. Diversi tipi di sostanze chimiche nell'atmosfera assorbono diversi colori dello spettro della luce stellare, quindi i colori mancanti indicano agli astronomi quali molecole sono presenti.

Analizzando in modo così preciso l'atmosfera di un esopianeta, gli strumenti Webb hanno funzionato ben oltre le aspettative degli scienziati e promettono una nuova fase di esplorazione tra l'ampia varietà di esopianeti della galassia.

López-Morales dice: "Non vedo l'ora di vedere cosa troviamo nelle atmosfere di piccoli pianeti terrestri".

Per ulteriori informazioni su questo argomento, vedere Webb della NASA rivela un esopianeta diverso da qualsiasi altro nel nostro sistema solare.

Riferimento: “Direct Evidence of Photochemistry in an Exoplanet Atmosphere” di Shang-Min Tsai, Elspeth KH Lee, Diana Powell, Peter Gao, Xi Zhang, Julianne Moses, Eric Hébrard, Olivia Venot, Vivien Parmentier, Sean Jordan, Renyu Hu, Munazza K. Alam, Lili Alderson, Natalie M. Batalha, Jacob L. Bean, Björn Benneke, Carver J. Bierson, Ryan P. Brady, Ludmila Carone, Aarynn L. Carter, Katy L. Chubb, Julie Inglis, Jérémy Leconte, Mercedes Lopez-Morales, Yamila Miguel, Karan Molaverdikhani, Zafar Rustamkulov, David K. Sing, Kevin B. Stevenson, Hannah R. Wakeford, Jeehyun Yang, Keshav Aggarwal, Robin Baeyens, Saugata Barat, Miguel de Val Borro, Tansu Daylan, Jonathan J. Fortney, Kevin France, Jayesh M Goyal, David Grant, James Kirk, Laura Kreidberg, Amy Louca, Sarah E. Moran, Sagnick Mukherjee, Evert Nasedkin, Kazumasa Ohno, Benjamin V. Rackham, Seth Redfield, Jake Taylor, Pascal Tremblin, Channon Visscher, Nicole L. Wallack, Luis Welbanks, Allison Youngblood, Eva-Maria Ahrer, Natasha E. Batalha, Patrick Behr, Zachory K. Berta-Thompson, Jasmina Blecic, SL Casewell, Ian JM Crossfield, Nicolas Crouzet, Patricio E. Cubillos, Leen Decin, Jean-Michel Désert, Adina D. Feinstein, Neale P. Gibson, Joseph Harrington, Keivn Heng, Thomas Henning, Eliza M.-R. Kempton, Jessica Krick, Pierre-Olivier Lagage, Monika Lendl, Michael Line, Joshua D. Lothringer, Megan Mansfield, NJ Mayne, Thomas Mikal-Evans, Enric Palle, Everett Schlawin, Oliver Shorttle, Peter J. Wheatley e Sergei N. Yurchenko , 18 novembre 2022, Astrofisica > Astrofisica terrestre e planetaria.
arXiv: 2211.10490

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