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Un team internazionale di ricercatori ha scoperto che le variazioni di luminosità osservate in precedenza in un oggetto di massa planetaria fluttuante noto come SIMP 0136 devono essere il risultato di una complessa combinazione di fattori atmosferici e non possono essere spiegate solo dalle nuvole.
SIMP 0136 è un oggetto in rapida rotazione, fluttuante circa 13 volte la massa di Giove, situato nella Via Lattea a soli 20 anni luce dalla Terra.
Sebbene non sia classificato come esopianeta gigante gassoso – non orbita attorno a una stella e potrebbe invece essere una nana bruna – SIMP 0136 è un obiettivo ideale per l’esometeorologia: è l’oggetto più luminoso del suo genere nel cielo settentrionale.
Poiché è isolata, può essere osservata direttamente e senza timore della contaminazione della luce o della variabilità causata da una stella ospite. E il suo breve periodo di rotazione di sole 2,4 ore consente di effettuare il rilevamento in modo molto efficiente.
Utilizzando il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA per monitorare un ampio spettro di luce infrarossa emessa da SIMP 0136 in due periodi di rotazione completa, un team è stato in grado di rilevare variazioni negli strati nuvolosi, nella temperatura e nella chimica del carbonio che erano precedentemente nascoste alla vista. I risultati forniscono informazioni cruciali sulla complessità tridimensionale delle atmosfere dei giganti gassosi all’interno e all’esterno del nostro sistema solare.
Prima delle osservazioni di Webb, SIMP 0136 era stato ampiamente studiato utilizzando osservatori terrestri, nonché il telescopio spaziale Spitzer della NASA e il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA.
“Sapevamo già che varia in luminosità, ed eravamo fiduciosi che ci fossero strati di nuvole irregolari che ruotano dentro e fuori dalla vista e si evolvono nel tempo”, ha spiegato Allison McCarthy, dottoranda presso la Boston University e autrice principale di uno studio pubblicato oggi su The Astrophysical Journal Letters. “Pensavamo anche che ci potessero essere variazioni di temperatura, reazioni chimiche e possibilmente alcuni effetti dell’attività aurorale che influenzano la luminosità, ma non ne eravamo sicuri”.
Per capirlo, il team aveva bisogno della capacità di Webb di misurare cambiamenti molto precisi di luminosità su un’ampia gamma di lunghezze d’onda.
Mappatura di migliaia di arcobaleni a infrarossi
Utilizzando NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph), Webb ha catturato migliaia di spettri individuali da 0,6 a 5,3 micron, uno ogni 1,8 secondi per più di tre ore, mentre l’oggetto completava una rotazione completa.
Questo è stato immediatamente seguito da un’osservazione con MIRI (Mid-Infrared Instrument), che ha raccolto centinaia di misurazioni di luce da 5 a 14 micron, una ogni 19,2 secondi, su un’altra rotazione.
Il risultato sono state centinaia di curve di luce dettagliate, ognuna delle quali mostra il cambiamento di luminosità di una lunghezza d’onda molto precisa (colore) man mano che i diversi lati dell’oggetto ruotano nella vista.
“Vedere l’intero spettro di questo oggetto cambiare nel corso di pochi minuti è stato incredibile”, ha detto la ricercatrice principale Johanna Vos, del Trinity College di Dublino.
“Fino ad ora, avevamo solo una piccola fetta dello spettro del vicino infrarosso da Hubble e alcune misurazioni della luminosità da Spitzer”.
Il team ha notato quasi immediatamente che c’erano diverse forme distinte di curve di luce.
In un dato momento, alcune lunghezze d’onda diventavano più luminose, mentre altre diventavano più deboli o non cambiavano affatto. Una serie di fattori diversi deve influenzare le variazioni di luminosità.
“Immaginate di guardare la Terra da lontano. Se si guardasse ogni colore separatamente, si vedrebbero diversi modelli che dicono qualcosa sulla sua superficie e atmosfera, anche se non si riuscisse a distinguere le singole caratteristiche”, ha spiegato il co-autore Philip Muirhead, anche lui della Boston University.
“Il blu aumenterebbe man mano che gli oceani ruotano in vista. I cambiamenti nel marrone e nel verde ti direbbero qualcosa sul suolo e sulla vegetazione”.
Nuvole irregolari, punti caldi e chimica del carbonio
Per capire cosa potrebbe causare la variabilità su SIMP 0136, il team ha utilizzato modelli atmosferici per mostrare dove nell’atmosfera proveniva ogni lunghezza d’onda della luce.
“Diverse lunghezze d’onda forniscono informazioni sulle diverse profondità dell’atmosfera”, ha spiegato McCarthy.
“Abbiamo iniziato a renderci conto che le lunghezze d’onda che avevano le forme più simili della curva di luce sondavano anche le stesse profondità, il che ha rafforzato l’idea che devono essere causate dallo stesso meccanismo”.
Un gruppo di lunghezze d’onda, ad esempio, ha origine nelle profondità dell’atmosfera, dove potrebbero esserci nuvole irregolari fatte di particelle di ferro.
Un secondo gruppo proviene da nubi più alte che si pensa siano fatte di minuscoli granelli di minerali silicati.
Le variazioni in entrambe queste curve di luce sono legate alla irregolarità degli strati nuvolosi.
Un terzo gruppo di lunghezze d’onda ha origine ad altitudini molto elevate, molto al di sopra delle nuvole, e sembra seguire la temperatura.
I “punti caldi” luminosi potrebbero essere correlati ad aurore precedentemente rilevate a lunghezze d’onda radio o alla risalita di gas caldo dalle profondità dell’atmosfera.
Alcune delle curve di luce non possono essere spiegate né dalle nuvole né dalla temperatura, ma mostrano invece variazioni legate alla chimica del carbonio atmosferico.
Potrebbero esserci sacche di monossido di carbonio e anidride carbonica che ruotano dentro e fuori dalla vista, o reazioni chimiche che causano il cambiamento dell’atmosfera.
“Non abbiamo ancora capito la parte chimica del puzzle”, ha detto Vos.
“Ma questi risultati sono davvero entusiasmanti perché ci mostrano che l’abbondanza di molecole come il metano e l’anidride carbonica potrebbe cambiare da un luogo all’altro e nel tempo. Se stiamo osservando un esopianeta e possiamo ottenere solo una misurazione, dobbiamo considerare che potrebbe non essere rappresentativo dell’intero pianeta”.
Credito immagine: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
