Un team di astronomi europei, co-guidato dai ricercatori del MPIA, ha utilizzato le recenti osservazioni fatte con il James Webb Space Telescope (JWST) per studiare l’atmosfera del vicino esopianeta WASP-107b. Scrutando in profondità nella sua atmosfera soffice, hanno scoperto vapore acqueo, anidride solforosa e persino nuvole di sabbia silicatica. Queste particelle risiedono all’interno di un’atmosfera dinamica che mostra un vigoroso trasporto di materiale.
WASP-107b è un esopianeta gassoso unico nel suo genere che orbita attorno a una stella leggermente più fredda e meno massiccia del nostro Sole.
La massa del pianeta è simile a quella di Nettuno, ma le sue dimensioni sono molto più grandi, quasi avvicinandosi a quelle di Giove.
Questa proprietà rende WASP-107b piuttosto “soffice” rispetto ai pianeti giganti gassosi all’interno del Sistema Solare. Permette agli astronomi di guardare circa 50 volte più in profondità nella sua atmosfera rispetto alla profondità di esplorazione raggiunta per un gigante del sistema solare come Giove.
Il team di astronomi europei ha sfruttato appieno la notevole “morbidezza” di questo esopianeta osservandolo con il Mid-Infrared Instrument (MIRI) a bordo del James Webb Space Telescope (JWST).
Questa opportunità ha aperto una finestra per guardare in profondità nella sua atmosfera, svelando la sua complessa composizione chimica.
La ragione di ciò è relativamente semplice: i segnali, o caratteristiche spettrali, sono molto più prominenti in un’atmosfera meno densa rispetto a una più compatta.
Il loro recente studio, ora pubblicato su Nature, rivela la presenza di vapore acqueo, anidride solforosa (SO2) e nubi di silicati, ma in particolare non c’è traccia del gas a effetto serra metano (CH4).
Questi rilevamenti forniscono informazioni cruciali sulle dinamiche e sulla chimica di questo affascinante esopianeta. In primo luogo, l’assenza di metano suggerisce un interno potenzialmente caldo, offrendo uno sguardo allettante sul trasporto di energia termica nell’atmosfera del pianeta.
In secondo luogo, la scoperta dell’anidride solforosa (nota per l’odore dei fiammiferi bruciati) è stata una grande sorpresa. Calcoli precedenti avevano previsto la sua assenza, ma nuovi modelli climatici dell’atmosfera di WASP-107b ora mostrano che la sua natura soffice favorisce la formazione di anidride solforosa.
Anche se la sua stella ospite piuttosto fredda emette una frazione relativamente piccola di fotoni ad alta energia, possono raggiungere in profondità l’atmosfera del pianeta. Questa circostanza consente le reazioni chimiche necessarie per produrre anidride solforosa.
Il bollettino meteorologico di WASP-107b prevede nuvole di sabbia
Ma non è tutto ciò che hanno trovato. Le caratteristiche spettrali dell’anidride solforosa e del vapore acqueo sono significativamente poche rispetto a quelle che ci sarebbero in uno scenario senza nuvole.
Le nubi d’alta quota oscurano parzialmente il vapore acqueo e l’anidride solforosa nell’atmosfera. Mentre nubi composte da sostanze diverse sono state dedotte su altri esopianeti con mezzi indiretti, questo segna il primo caso in cui gli astronomi possono identificare definitivamente la loro composizione chimica.
In questo caso, le nuvole sono costituite da piccole particelle di silicato, una sostanza familiare che si trova in molte parti del mondo come costituente primario della sabbia.
“JWST sta rivoluzionando la caratterizzazione degli esopianeti, fornendo informazioni senza precedenti a una velocità notevole“, afferma l’autore principale Leen Decin della KU Leuven.
“La scoperta di nubi di sabbia, acqua e anidride solforosa su questo soffice esopianeta da parte dello strumento MIRI del JWST è una pietra miliare fondamentale. Rimodella la nostra comprensione della formazione e dell’evoluzione planetaria, gettando nuova luce sul nostro Sistema Solare”.
Il co-autore Paul Mollière del Max Planck Institute of Astronomy (MPIA) di Heidelberg, in Germania, concorda: “Il valore di JWST non può essere sopravvalutato: ovunque guardiamo con questo telescopio, vediamo sempre qualcosa di nuovo e inaspettato. Quest’ultimo risultato non fa eccezione”.
Un ciclo atmosferico esotico di goccioline di silicato
A differenza dell’atmosfera terrestre, dove l’acqua si congela a basse temperature, le particelle di silicato possono congelare per formare nuvole nei pianeti gassosi che raggiungono temperature intorno ai 1000 gradi Celsius.
Tuttavia, nel caso di WASP-107b, dove l’atmosfera esterna diventa calda fino a circa 500 gradi Celsius, i modelli tradizionali hanno previsto che queste nubi di silicato dovrebbero formarsi più in profondità all’interno dell’atmosfera, dove le temperature sono sostanzialmente più alte.
Inoltre, le nuvole di sabbia d’alta quota piovono sugli strati inferiori. Com’è possibile allora che queste nuvole di sabbia esistano ad alta quota e continuino a durare?
“Il fatto che vediamo queste nuvole di sabbia in alto nell’atmosfera deve significare che le goccioline di pioggia di sabbia evaporano in strati più profondi e molto caldi. Il vapore di silicato risultante viene sollevato in modo efficiente”, spiega l’autore principale Michiel Min dello SRON (Istituto olandese per la ricerca spaziale).
“Qui, si ricondensano per formare nuvole di silicato ancora una volta. Questo è simile al ciclo del vapore acqueo e delle nuvole della Terra, ma con goccioline di sabbia”.
Questo ciclo continuo di sublimazione e condensazione attraverso il trasporto verticale è responsabile della presenza prolungata di nubi di sabbia nell’atmosfera di WASP-107b.
Questa ricerca pionieristica fa luce sul mondo esotico di WASP-107b e spinge i confini della nostra comprensione delle atmosfere esoplanetarie. Segna una pietra miliare significativa nell’esplorazione degli esopianeti, rivelando l’intricata interazione di sostanze chimiche e condizioni climatiche su questi mondi lontani.
