Un team internazionale di astronomi ha assemblato e rielaborato le osservazioni dell’esopianeta WASP-121 b raccolte con il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA negli anni 2016, 2018 e 2019. Questo ha fornito loro un set di dati unico che ha permesso loro non solo di analizzare l’atmosfera di WASP 121 b, ma anche di confrontare lo stato dell’atmosfera dell’esopianeta nel corso di diversi anni. Hanno trovato prove evidenti che le osservazioni di WASP-121 b variavano nel tempo. Il team ha quindi utilizzato sofisticate tecniche di modellazione per dimostrare che queste variazioni temporali potrebbero essere spiegate dai modelli meteorologici nell’atmosfera dell’esopianeta.
L’osservazione degli esopianeti – pianeti al di là del nostro Sistema Solare – è impegnativa, sia a causa della loro distanza dalla Terra che del fatto che orbitano principalmente attorno a stelle molto più grandi e luminose dei pianeti.
Ciò significa che gli astronomi che sono stati in grado di osservare un esopianeta con un telescopio sofisticato come Hubble in genere devono combinare tutti i loro dati per ottenere informazioni sufficienti per fare deduzioni sicure sulle proprietà dell’esopianeta.
Combinando le osservazioni per aumentare la forza del segnale dell’esopianeta, gli astronomi possono costruire un’immagine media della sua atmosfera, ma questo non dice loro se sta cambiando. In altre parole, non possono studiare il tempo su altri mondi usando questo metodo di media.
Lo studio del tempo atmosferico richiede molti più dati di alta qualità, acquisiti in un periodo di tempo più ampio. Fortunatamente, Hubble è stato attivo per un periodo di tempo così impressionante che esiste un vasto archivio di dati Hubble, a volte con più serie di osservazioni dello stesso oggetto celeste – e questo include l’esopianeta WASP-121 b.
WASP-121 b (noto anche come Tylos) è un Giove caldo ben studiato che orbita attorno a una stella che si trova a circa 880 anni luce dalla Terra, completando un’orbita completa in un periodo di 30 ore.
La sua vicinanza estremamente vicina alla sua stella ospite significa che è in rotazione sincrona e che l’emisfero rivolto verso la stella è molto caldo, con temperature che superano i 3000 Kelvin.
Il team ha combinato quattro serie di osservazioni d’archivio di WASP-121 b, tutte realizzate utilizzando la Wide Field Camera 3 (WFC 3) di Hubble.
Il set di dati completo assemblato includeva osservazioni di: WASP-121 b in transito davanti alla sua stella (scattate nel giugno 2016); WASP-121 b in transito dietro la sua stella, nota anche come eclissi secondaria (scattata nel novembre 2016); e due curve di fase di WASP-121 b (prese rispettivamente a marzo 2018 e febbraio 2019).
Il team ha compiuto il passo unico di elaborare ogni set di dati nello stesso modo, anche se era stato precedentemente elaborato da un team diverso.
L’elaborazione dei dati degli esopianeti è lunga e complicata, ma ne è valsa la pena perché ha permesso al team di confrontare direttamente i dati elaborati da ogni serie di osservazioni tra loro.
Uno dei principali ricercatori del team, Quentin Changeat, ricercatore dell’ESA presso lo Space Telescope Science Institute, spiega:
“Il nostro set di dati rappresenta una quantità significativa di tempo di osservazione per un singolo pianeta ed è attualmente l’unico insieme coerente di tali osservazioni ripetute. Le informazioni che abbiamo estratto da queste osservazioni sono state utilizzate per caratterizzare (dedurre la chimica, la temperatura e le nuvole) dell’atmosfera di WASP-121 b in tempi diversi. Questo ci ha fornito un’immagine squisita del pianeta, che cambia nel tempo”.
Dopo aver ripulito ogni set di dati, il team ha trovato prove evidenti che le osservazioni di WASP-121 b variavano nel tempo. Mentre gli effetti strumentali potrebbero rimanere, i dati hanno mostrato un apparente spostamento nel punto caldo dell’esopianeta e differenze nella firma spettrale (che indica la composizione chimica dell’atmosfera dell’esopianeta) indicative di un cambiamento dell’atmosfera.
Successivamente, il team ha utilizzato modelli computazionali altamente sofisticati per tentare di comprendere il comportamento osservato dell’atmosfera dell’esopianeta.
I modelli hanno indicato che i loro risultati potrebbero essere spiegati da modelli meteorologici quasi-periodici, in particolare cicloni massicci che vengono ripetutamente creati e distrutti a causa dell’enorme differenza di temperatura tra il lato stellare e il lato oscuro dell’esopianeta.
Questo risultato rappresenta un significativo passo avanti nell’osservazione dei modelli meteorologici sugli esopianeti.
“L’alta risoluzione delle nostre simulazioni dell’atmosfera degli esopianeti ci permette di modellare con precisione il tempo su pianeti ultra-caldi come WASP-121 b”, ha spiegato Jack Skinner, borsista post-dottorato presso il California Institute of Technology e co-leader di questo studio. “Qui facciamo un significativo passo avanti combinando i vincoli osservativi con le simulazioni dell’atmosfera per comprendere il tempo variabile nel tempo su questi pianeti”.
“Il tempo sulla Terra è responsabile di molti aspetti della nostra vita, e in effetti la stabilità a lungo termine del clima terrestre e del suo tempo è probabilmente la ragione per cui la vita potrebbe emergere in primo luogo”, ha aggiunto Changeat. “Studiare il clima degli esopianeti è fondamentale per comprendere la complessità delle atmosfere degli esopianeti, specialmente nella nostra ricerca di esopianeti con condizioni abitabili”.
Le future osservazioni con Hubble e altri potenti telescopi, tra cui Webb, forniranno una maggiore comprensione dei modelli meteorologici su mondi lontani e, in ultima analisi, forse per trovare esopianeti con climi e modelli meteorologici stabili a lungo termine.
Crediti: NASA, ESA, Q. Changeat et al., M. Zamani (ESA/Hubble)
