Un team internazionale di ricercatori ha utilizzato con successo il telescopio spaziale James Webb della NASA per mappare il clima dell’esopianeta gigante di gas caldo WASP-43 b.
Misurazioni precise della luminosità su un ampio spettro di luce nel medio infrarosso, combinate con modelli climatici 3D e precedenti osservazioni di altri telescopi, suggeriscono la presenza di nuvole spesse e alte che coprono il lato notturno, cieli sereni sul lato diurno e venti equatoriali più di 8.000 chilometri orari mescolano i gas atmosferici in tutto il pianeta.
La ricerca è solo l’ultima dimostrazione della scienza degli esopianeti ora possibile grazie alla straordinaria capacità di Webb di misurare le variazioni di temperatura e rilevare i gas atmosferici a trilioni di chilometri di distanza.
“Giove caldo” bloccato in marea
WASP-43 b è un tipo di esopianeta “Giovia caldo”: di dimensioni simili a Giove, composto principalmente da idrogeno ed elio e molto più caldo di qualsiasi pianeta gigante del nostro sistema solare. Sebbene la sua stella sia più piccola e più fredda del Sole, WASP-43 b orbita a una distanza di soli 2,09 milioni di chilometri, meno di 1/25 della distanza tra Mercurio e il Sole.
Con un’orbita così stretta, il pianeta è bloccato in base alle maree, con un lato continuamente illuminato e l’altro nell’oscurità permanente. Anche se il lato notturno non riceve mai la radiazione diretta della stella, i forti venti diretti verso est trasportano il calore dal lato diurno.
Dalla sua scoperta nel 2011, WASP-43 b è stato osservato con numerosi telescopi, inclusi i telescopi spaziali Hubble e Spitzer della NASA, che ora sono in pensione.
“Con Hubble, abbiamo potuto vedere chiaramente che c’è vapore acqueo sul lato diurno. Sia Hubble che Spitzer hanno suggerito che potrebbero esserci nuvole sul lato notturno”, ha spiegato Taylor Bell, ricercatore presso il Bay Area Environmental Research Institute e autore principale. di uno studio pubblicato su Nature Astronomy. “Ma avevamo bisogno di misurazioni più precise da parte di Webb per iniziare a mappare realmente la temperatura, la copertura nuvolosa, i venti e la composizione atmosferica più dettagliata in tutto il pianeta.”
Sebbene WASP-43 b sia troppo piccolo, debole e vicino alla sua stella per essere visto direttamente da un telescopio, il suo breve periodo orbitale di sole 19,5 ore lo rende ideale per la spettroscopia con curva di fase, una tecnica che prevede la misurazione di piccoli cambiamenti nella luminosità della stella. sistema stella-pianeta poiché il pianeta orbita attorno alla stella.
Poiché la quantità di luce nel medio infrarosso emessa da un oggetto dipende in gran parte dalla sua temperatura, i dati sulla luminosità catturati da Webb possono essere utilizzati per calcolare la temperatura del pianeta.
Il team ha utilizzato il MIRI (strumento del medio infrarosso) di Webb per misurare la luce proveniente dal sistema WASP-43 ogni 10 secondi per più di 24 ore. “Osservando un’intera orbita, siamo stati in grado di calcolare la temperatura dei diversi lati del pianeta mentre ruotavano in vista”, ha spiegato Bell. “Da ciò, siamo stati in grado di costruire una mappa approssimativa della temperatura in tutto il pianeta.”
Le misurazioni mostrano che il lato diurno ha una temperatura media di quasi 2.300 gradi Fahrenheit (1.250 gradi Celsius), abbastanza calda da forgiare il ferro. Nel frattempo, il lato notturno è significativamente più fresco, con 600 gradi Celsius (1.100 gradi Fahrenheit). I dati aiutano anche a localizzare il punto più caldo del pianeta (il “punto caldo”), che è leggermente spostato verso est dal punto che riceve la maggior quantità di radiazione stellare, dove la stella è più alta nel cielo del pianeta. Questo spostamento si verifica a causa dei venti supersonici, che spostano l’aria calda verso est.
“Il fatto che possiamo mappare la temperatura in questo modo è una vera testimonianza della sensibilità e della stabilità di Webb”, ha affermato il coautore Michael Roman dell’Università di Leicester nel Regno Unito.
Per interpretare la mappa, il team ha utilizzato complessi modelli atmosferici 3D come quelli utilizzati per comprendere il clima sulla Terra. L’analisi mostra che il lato notturno è probabilmente coperto da uno spesso ed alto strato di nuvole che impedisce a parte della luce infrarossa di fuoriuscire nello spazio. Di conseguenza, il lato notturno, anche se molto caldo, appare più scuro e più fresco di quanto sarebbe se non ci fossero nuvole.
Mancanza di metano e venti forti
L’ampio spettro della luce nel medio infrarosso catturato da Webb ha inoltre permesso di misurare la quantità di vapore acqueo (H2O) e metano (CH4) attorno al pianeta. “Webb ci ha dato l’opportunità di capire esattamente quali molecole stiamo osservando e di porre alcuni limiti alle abbondanze”, ha affermato Joanna Barstow, coautrice della Open University nel Regno Unito.
Gli spettri mostrano chiari segni di vapore acqueo sia sul lato notturno che su quello diurno del pianeta, fornendo ulteriori informazioni su quanto sono spesse le nuvole e quanto in alto si estendono nell’atmosfera.
Sorprendentemente, i dati mostrano anche una netta mancanza di metano in qualsiasi parte dell’atmosfera. Sebbene il lato diurno sia troppo caldo perché possa esistere metano (la maggior parte del carbonio dovrebbe essere sotto forma di monossido di carbonio), il metano dovrebbe essere stabile e rilevabile sul lato notturno, più fresco.
“Il fatto che non vediamo metano ci dice che WASP-43b deve avere una velocità del vento che raggiunge qualcosa come 8.000 chilometri all’ora”, ha spiegato Barstow. “Se i venti spostano il gas dal lato diurno a quello notturno e viceversa abbastanza velocemente, non c’è abbastanza tempo perché le reazioni chimiche previste producano quantità rilevabili di metano sul lato notturno.”
Il team ritiene che a causa di questa miscelazione guidata dal vento, la chimica atmosferica è la stessa in tutto il pianeta, cosa che non era evidente dal lavoro precedente con Hubble e Spitzer.
