Rappresentazione artistica dell'atmosfera di un esopianeta in blocco mareale come WASP-39 b, con un'atmosfera che cambia tra il lato notturno e diurno del pianeta. Credits: NASA, ESA, CSA, R. Crawford (STScI)
Molti degli esopianeti che abbiamo scoperto e stiamo scoprendo sono “bloccati dalle maree” rispetto alla loro stella madre. Questi mondi hanno sempre la stessa faccia rivolta verso la stella, detto lato diurno, e l’altra in perenne oscurità, il lato notturno, proprio come la Luna fa con la Terra, a causa delle forze di marea esercitate dalla stella sul pianeta.
Utilizzando il telescopio spaziale James Webb, gli scienziati hanno ora confermato ciò che i modelli avevano già previsto: un esopianeta presenta delle differenze tra la sua atmosfera sul lato notturno e quella sul lato diurno.
La dimostrazione arriva dallo studio spettroscopico dell’atmosfera di WASP-39 b, un pianeta gigante con un diametro 1.3 volte quello di Giove, ma massa simile a quella di Saturno, che orbita attorno a una stella a circa 700 anni luce da noi. Il suo lato notturno è più caldo di circa 200° Celsius rispetto al diurno, ed è meno nuvoloso.
Gli astronomi hanno analizzato lo spettro di trasmissione da 2 a 5 micrometri di WASP-39 b, ottenuto con lo strumento NIRSpec (Near InfraRed Spectrograph) di Webb. In particolare si sono concentrati sulla zona del terminatore del pianeta, ovvero il confine che separa lato diurno e lato notturno.
Uno spettro di trasmissione viene creato confrontando la luce stellare filtrata attraverso l’atmosfera di un pianeta, ottenuta mentre questo si muove di fronte alla stella, rispetto alla luce stellare non filtrata, rilevata quando il pianeta non si trova di fronte. Da tale confronto, i ricercatori possono ottenere informazioni sulla temperatura, la composizione e altre proprietà dell’esoatmosfera.
WASP-39 b ha un’atmosfera gonfia, quindi il segnale proveniente dalla luce delle stelle filtrata attraverso l’atmosfera del pianeta è piuttosto forte. Ecco perché gli scienziati lo stanno utilizzando come laboratorio naturale per comprendere le esoatmosfere.
Finora, gli spettri ottenuti studiando questo pianeta mostravano la presenza di anidride carbonica, anidride solforosa, vapore acqueo e sodio, indipendentemente dal lato notturno o diurno del pianeta.
Ora, la nuova analisi costruisce due spettri diversi della regione del terminatore, dividendo la porzione verso il lato diurno da quella verso il lato notturno in due diversi semicerchi, uno rappresentativo dell'”eterna sera” e l’altro dell'”eterna mattina”.
I dati di Webb, altamente sensibile su lunghezze d’onda infrarosse e con sensori fotometrici estremamente stabili, rivelano che la sera è significativamente più calda, con una temperatura di circa 800° Celsius, mentre la mattina è relativamente più fredda, a 600° Celsius.
Modellando i dati ottenuti, i ricercatori hanno potuto studiare la struttura dell’atmosfera di WASP-39 b, la copertura nuvolosa e il motivo per cui la sera è più calda. Hanno così confermato che la differenza di temperatura sul pianeta è dovuta principalmente alla circolazione del gas attorno al pianeta.
Su un esopianeta altamente irradiato come WASP-39 b, infatti, che orbita relativamente vicino alla sua stella, i ricercatori in genere si aspettano che il gas si muova mentre il pianeta orbita attorno alla sua stella: il gas più caldo dal lato diurno dovrebbe spostarsi attraverso la sera verso il lato notturno, tramite un cosiddetto “flusso a getto equatoriale”.
Utilizzando i General Circulation Models, modelli tridimensionali simili a quelli utilizzati per prevedere i modelli meteorologici sulla Terra, i ricercatori hanno scoperto che invece su WASP-39 b i venti si muovono probabilmente dal lato notturno attraverso il terminatore nella zona dell’eterna mattina, attorno al lato diurno, attraverso il terminatore nell’eterna sera e poi attorno al lato notturno.
Di conseguenza, il lato mattutino del terminatore è più freddo del lato serale. Infatti, il lato mattutino viene colpito da venti che sono stati raffreddati sul lato notturno, mentre la sera viene colpita da venti riscaldati sul lato diurno. E secondo questa ricerca, le velocità del vento su WASP-39 b possono raggiungere migliaia di km orari.
I ricercatori cercheranno ora utilizzare lo stesso metodo di analisi per studiare le differenze atmosferiche di altri pianeti simili in blocco mareale, come parte del programma Webb Cycle 2 General Observers 3969.
L’abstract di questo studio, pubblicato su Nature, è reperibile qui.
