Il lato oscuro del "caldo Giove" viene rivelato in dettaglio per la prima volta

Sep 18, 2023

21 febbraio 2022

di Jennifer Chu, Massachusetts Institute of Technology

Gli astronomi del MIT hanno ottenuto la visione più chiara finora del lato oscuro perpetuo di un esopianeta che è “tidally bloccato” sulla sua stella. Le loro osservazioni, combinate con le misurazioni del lato diurno permanente del pianeta, forniscono la prima visione dettagliata dell’atmosfera globale di un esopianeta.

"Ora stiamo andando oltre la semplice acquisizione di istantanee isolate di regioni specifiche delle atmosfere degli esopianeti, per studiarli come i sistemi 3D che sono veramente", afferma Thomas Mikal-Evans, che ha guidato lo studio come postdoc presso il Kavli Institute for Astrophysicals and Space del MIT. Ricerca.

Il pianeta al centro del nuovo studio, che appare su Nature Astronomy, è WASP-121b, un enorme gigante gassoso grande quasi il doppio di Giove. Il pianeta è un Giove ultracaldo ed è stato scoperto nel 2015 in orbita attorno a una stella a circa 850 anni luce dalla Terra. WASP-121b ha una delle orbite più brevi rilevate fino ad oggi, girando attorno alla sua stella in sole 30 ore. È anche bloccato in base alle maree, in modo tale che il suo lato "giorno" rivolto alle stelle è permanentemente arrostito, mentre il suo lato "notte" è rivolto per sempre verso lo spazio.

"I Giove caldi sono famosi per avere lati diurni molto luminosi, ma il lato notturno è una bestia diversa. Il lato notturno di WASP-121b è circa 10 volte più debole del suo lato diurno", afferma Tansu Daylan, un postdoc di TESS al MIT e coautore lo studio.

Gli astronomi avevano precedentemente rilevato il vapore acqueo e studiato come la temperatura atmosferica cambia con l'altitudine sul lato diurno del pianeta.

Il nuovo studio cattura un quadro molto più dettagliato. I ricercatori sono stati in grado di mappare i drammatici cambiamenti di temperatura dal lato del giorno a quello della notte e di vedere come queste temperature cambiano con l’altitudine. Hanno anche monitorato la presenza di acqua nell'atmosfera per mostrare, per la prima volta, come l'acqua circola tra il lato diurno e quello notturno di un pianeta.

Mentre sulla Terra l’acqua scorre prima evaporando, poi condensandosi in nuvole e infine piovendo, su WASP-121b il ciclo dell’acqua è molto più intenso: sul lato diurno, gli atomi che compongono l’acqua vengono fatti a pezzi a temperature superiori a 3.000 Kelvin. Questi atomi vengono sospinti verso il lato notturno, dove le temperature più fredde consentono agli atomi di idrogeno e ossigeno di ricombinarsi in molecole d’acqua, che poi ritornano al lato diurno, dove il ciclo ricomincia.

Il team calcola che il ciclo dell'acqua del pianeta è sostenuto da venti che sferzano gli atomi attorno al pianeta a velocità fino a 5 chilometri al secondo, o più di 11.000 miglia all'ora.

Sembra anche che l'acqua non sia l'unica a circolare intorno al pianeta. Gli astronomi hanno scoperto che il lato notturno è abbastanza freddo da ospitare nubi esotiche di ferro e corindone, un minerale che costituisce rubini e zaffiri. Queste nubi, come il vapore acqueo, possono spostarsi verso il lato diurno, dove le alte temperature vaporizzano i metalli sotto forma di gas. Lungo il percorso potrebbero essere prodotte piogge esotiche, come gemme liquide dalle nuvole di corindone.

"Con questa osservazione, stiamo davvero ottenendo una visione globale della meteorologia di un esopianeta", afferma Mikal-Evans.

I coautori dello studio includono collaboratori del MIT, della Johns Hopkins University, del Caltech e di altre istituzioni.

Il team ha osservato WASP-121b utilizzando una fotocamera spettroscopica a bordo del telescopio spaziale Hubble della NASA. Lo strumento osserva la luce proveniente da un pianeta e dalla sua stella e scompone la luce nelle sue lunghezze d'onda costituenti, le cui intensità forniscono agli astronomi indizi sulla temperatura e sulla composizione dell'atmosfera.

Attraverso studi spettroscopici, gli scienziati hanno osservato i dettagli atmosferici sui lati diurni di molti esopianeti. Ma fare lo stesso per il lato notturno è molto più complicato, poiché richiede l’osservazione di piccoli cambiamenti nell’intero spettro del pianeta mentre gira intorno alla sua stella.

Per il nuovo studio, il team ha osservato WASP-121b durante due orbite complete, una nel 2018 e l’altra nel 2019. Per entrambe le osservazioni, i ricercatori hanno esaminato i dati sulla luce per una linea specifica, o caratteristica spettrale, che indicava la presenza di WASP-121b. di vapore acqueo.