Il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA ha ottenuto un altro primato: un ritratto molecolare e chimico dei cieli di un mondo lontano. Mentre Webb e altri telescopi spaziali, inclusa la NASA/ESA Telescopio spaziale Hubble, hanno precedentemente rivelato ingredienti isolati dell'atmosfera riscaldata di questo pianeta, le nuove letture forniscono un menu completo di atomi, molecole e persino segni di chimica attiva e nuvole. I dati più recenti suggeriscono anche come queste nubi potrebbero apparire da vicino: spezzate piuttosto che come un’unica coperta uniforme sul pianeta.
Gli strumenti sensibili del telescopio sono stati puntati sull'atmosfera di WASP-39 b, un "Saturno caldo" (un pianeta massiccio quasi quanto Saturno ma in un'orbita più stretta di Mercurio) in orbita attorno a una stella a circa 700 anni luce di distanza. Questo ha le dimensioni di Saturno esopianeta è stato uno dei primi esaminati dalla NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope quando iniziò le regolari operazioni scientifiche. I risultati hanno entusiasmato la comunità scientifica degli esopianeti. Gli strumenti estremamente sensibili di Webb hanno fornito un profilo dei costituenti atmosferici di WASP-39 b e identificato una pletora di contenuti, tra cui acqua, anidride solforosa, monossido di carbonio, sodio e potassio.
I risultati sono di buon auspicio per la capacità degli strumenti di Webb di condurre l’ampia gamma di indagini sugli esopianeti – pianeti attorno ad altre stelle – auspicate dalla comunità scientifica. Ciò include lo studio delle atmosfere di pianeti più piccoli e rocciosi come quelli del sistema TRAPPIST-1.
“Abbiamo osservato l’esopianeta con diversi strumenti che insieme coprono un’ampia fascia dello spettro infrarosso e una panoplia di impronte chimiche inaccessibili fino al JWST”, ha detto 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.”
L'insieme delle scoperte è dettagliato in una serie di cinque nuovi articoli scientifici, tre dei quali sono in corso di stampa e due sono in fase di revisione. Tra le rivelazioni senza precedenti c'è il primo rilevamento nell'atmosfera di un esopianeta diossido di zolfo, 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.
“Questa è la prima volta che vediamo prove concrete di fotochimica – reazioni chimiche avviate dalla luce stellare energetica – sugli esopianeti”, ha affermato Shang-Min Tsai, ricercatore presso l’Università di Oxford nel Regno Unito e autore principale dell’articolo che spiega l’origine del biossido di zolfo nell’atmosfera di WASP-39 b. “Considero questa una prospettiva davvero promettente per far progredire la nostra comprensione atmosfere di esopianeti con [questa missione]”.
Ciò ha portato a un altro primato: gli scienziati hanno applicato modelli computerizzati della fotochimica a dati che richiedono una spiegazione completa di tale fisica. I conseguenti miglioramenti nella modellizzazione contribuiranno a costruire il know-how tecnologico necessario per interpretare potenziali segnali di abitabilità in futuro.
“I pianeti vengono scolpiti e trasformati orbitando all’interno del bagno di radiazione della stella ospite”, Ha detto Batalha. “Sulla Terra, queste trasformazioni permettono alla vita di prosperare”.
La vicinanza del pianeta alla sua stella ospite è otto volte più vicina mercurio è al nostro Dom. – 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 influenzano la diversità dei pianeti osservati nella galassia.
Altri costituenti atmosferici rilevati dal telescopio Webb includono sodio (Na), potassio (K) e vapore acqueo (H2O), confermando precedenti osservazioni di telescopi spaziali e terrestri, oltre a trovare ulteriori impronte di acqua, a queste lunghezze d'onda più lunghe. che non sono mai stati visti prima.
Anche Webb lo vide anidride carbonica (CO2) a una risoluzione più elevata, fornendo il doppio dei dati riportati dalle sue osservazioni precedenti. Nel frattempo, è stato rilevato monossido di carbonio (CO), ma dai dati Webb erano assenti tracce evidenti sia di metano (CH4) che di idrogeno solforato (H2S). Se presenti, queste molecole si trovano a livelli molto bassi.
Per catturare questo ampio spettro dell'atmosfera di WASP-39 b, un team internazionale composto da centinaia di persone ha analizzato in modo indipendente i dati provenienti da quattro modalità strumentali finemente calibrate del telescopio Webb.
"Avevamo previsto ciò che [il telescopio] ci avrebbe mostrato, ma era più preciso, più vario e più bello di quanto pensassi che sarebbe stato," ha detto Hannah Wakeford, astrofisica dell’Università di Bristol nel Regno Unito che studia le atmosfere degli esopianeti.
Avere un elenco così completo di ingredienti chimici nell’atmosfera di un esopianeta dà anche agli scienziati un’idea dell’abbondanza di diversi elementi in relazione tra loro, come i rapporti carbonio-ossigeno o potassio-ossigeno. Ciò a sua volta fornisce informazioni su come questo pianeta – e forse altri – si è formato dal disco di gas e polvere che circondava la stella madre nei suoi anni più giovani.
L'inventario chimico di WASP-39 b suggerisce una storia di distruzioni e fusioni di corpi più piccoli chiamati planetesimi per creare un eventuale pianeta gigante.
“L’abbondanza di zolfo [rispetto all’] idrogeno indica che il pianeta presumibilmente ha sperimentato un significativo accrescimento di planetesimi che possono fornire [questi ingredienti] all’atmosfera”, ha affermato Kazumasa Ohno, un ricercatore di esopianeti dell'UC Santa Cruz che ha lavorato sui dati Webb. “I dati indicano anche che l’ossigeno è molto più abbondante del carbonio nell’atmosfera. Ciò indica potenzialmente che WASP-39 b si è originariamente formato molto lontano dalla stella centrale».
Rivelando con precisione i dettagli dell'atmosfera di un esopianeta, gli strumenti del telescopio Webb hanno funzionato ben oltre le aspettative degli scienziati e promettono una nuova fase di esplorazione dell'ampia varietà di esopianeti nel pianeta. galassia.
“Saremo in grado di vedere il quadro generale delle atmosfere degli esopianeti”, disse Laura Flagg, ricercatrice della Cornell University e membro del team internazionale. “È incredibilmente emozionante sapere che tutto verrà riscritto. Questa è una delle parti migliori dell’essere uno scienziato”.
Riferimenti del giornale:
- Lili Alderson et al. Scienza del rilascio anticipato dell'esopianeta WASP-39b con JWST NIRSpec G395H. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10488
- Z. Rustamkulov et al. Rilascio anticipato dell'esopianeta WASP-39b con JWST NIRSpec PRISM. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10487
- Eva-Maria Ahrer et al. Rilascio anticipato dell'esopianeta WASP-39b con JWST NIRCam. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10489
- Adina D. Feinstein et al. Rilascio anticipato dell'esopianeta WASP-39b con JWST NIRISS. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10493
- Shang-Min Tsai et al. Prove dirette della fotochimica nell’atmosfera di un esopianeta. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10490
