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Esopianeti: NirSpec rileva temperature diverse del crepuscolo su Wasp-39 b

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Sull’esopianeta gigante ultra-caldo Wasp-76b forti venti trasportano vapore di ferro verso il lato notturno più freddo dove si condensa in goccioline

This illustration shows a night-side view of the exoplanet WASP-76b. The ultra-hot giant exoplanet has a day side where temperatures climb above 2400 degrees Celsius, high enough to vaporise metals. Strong winds carry iron vapour to the cooler night side where it condenses into iron droplets. To the left of the image, we see the evening border of the exoplanet, where it transitions from day to night.

Con lo strumento NirSpec del telescopio spaziale James Webb, rilevata una differenza di temperatura tra il crepuscolo serale e quello mattutino di Wasp-39 b

Wasp-39 b è un gigante gassoso con un diametro 1,3 volte superiore a quello di Giove e una massa simile a quella di Saturno, che orbita attorno a una stella distante circa 700 anni luce dalla Terra. Così come la Luna rispetto alla Terra, rivolge verso la sua stella sempre la stessa faccia. Quindi un lato del pianeta è sempre esposto al “suo sole”, mentre l’altro è sempre avvolto dall’oscurità. La linea di demarcazione tra luce e buio è chiamata terminatore o, più romanticamente, zona del crepuscolo. E il crepuscolo può essere serale o mattutino.

Date queste premesse, utilizzando NirSpec (Near-Infrared Spectrograph) del telescopio spaziale James Webb, gli astronomi hanno confermato una differenza di temperatura tra il crepuscolo serale e quello mattutino, entrambi eterni su Wasp-39 b, con il crepuscolo serale che appare più caldo di circa 200 gradi Celsius. Hanno anche trovato prove di una diversa copertura nuvolosa, con la zona interessata dal crepuscolo mattutino probabilmente più nuvolosa di quella serale. I risultati dello studio sono stati pubblicati su Nature.

Per ottenere questa conferma hanno analizzato lo spettro di trasmissione del pianeta da 2 a 5 micron, confrontando la luce stellare filtrata attraverso l’atmosfera del pianeta che si muove davanti alla stella, con la luce stellare non filtrata rilevata quando il pianeta si trova accanto alla stella. Facendo questo confronto, è possibile ottenere informazioni sulla temperatura, sulla composizione e su altre proprietà dell’atmosfera del pianeta.

«Wasp-39 b è diventato una sorta di pianeta di riferimento per lo studio dell’atmosfera degli esopianeti con Webb», dichiara Néstor Espinoza, dello Space Telescope Science Institute e primo autore dello studio. «Ha un’atmosfera gonfia – puffy – quindi il segnale proveniente dalla luce stellare filtrata attraverso l’atmosfera del pianeta è piuttosto forte».

Gli spettri Webb dell’atmosfera di Wasp-39 b già pubblicati precedentemente – che hanno rivelato la presenza di anidride carbonica, anidride solforosa, vapore acqueo e sodio – sono relativi a tutta la zona di confine tra il giorno e la notte. Non c’è mai stato alcun tentativo di differenziare tra un lato e l’altro. Ora, la nuova analisi costruisce due diversi spettri dalla regione del terminatore, dividendo essenzialmente il confine giorno/notte in due semicerchi, quello della sera e quello del mattino. I dati rivelano che la sera è significativamente più calda, 800 gradi Celsius, mentre la mattina è relativamente più fresca, 600 gradi Celsius.

«È davvero sbalorditivo che siamo riusciti a distinguere questa piccola differenza, ed è stato possibile solo grazie alla sensibilità di Webb alle lunghezze d’onda del vicino infrarosso e ai suoi sensori fotometrici estremamente stabili», afferma Espinoza. «Qualsiasi piccolo movimento nello strumento o nell’osservatorio durante la raccolta dei dati avrebbe limitato fortemente la nostra capacità di effettuare questa rilevazione. Deve essere straordinariamente preciso, e Webb lo è».

Un’estesa modellazione dei dati ottenuti permette ai ricercatori di studiare la struttura dell’atmosfera di Wasp-39 b, la copertura nuvolosa e il motivo per cui la sera è più calda. In futuro gli astronomi cercheranno di capire come la copertura nuvolosa possa influenzare la temperatura, e viceversa. Per ora lo studio ha confermato che la circolazione dei gas intorno al pianeta è la principale responsabile della differenza di temperatura su Wasp-39 b.

Su un esopianeta così fortemente irradiato come Wasp-39 b, che orbita relativamente vicino alla sua stella, ci si aspetta che il gas si muova mentre il pianeta ruota intorno alla sua stella: il gas più caldo dal lato giorno dovrebbe spostarsi verso il lato notte grazie a una potente corrente a getto equatoriale. Poiché la differenza di temperatura è così estrema, anche la differenza di pressione dell’aria si presume sia significativa, il che a sua volta causa un’elevata velocità del vento.

Utilizzando i modelli di circolazione generale – modelli tridimensionali simili a quelli usati per prevedere i modelli meteorologici sulla Terra – i ricercatori hanno scoperto che su Wasp-39 b i venti prevalenti si muovono probabilmente dal lato notturno attraverso il terminatore mattutino, intorno al lato giorno, attraverso il terminatore serale e poi intorno al lato notte. Di conseguenza, il lato mattutino del terminatore è più freddo di quello serale. In altre parole, il lato del mattino viene investito da venti di aria che si è raffreddata nel lato notte, mentre la sera viene colpita da venti di aria riscaldata sul lato giorno. La ricerca suggerisce che la velocità del vento su Wasp-39 b può raggiungere migliaia di chilometri all’ora.

«Questa analisi è particolarmente interessante anche perché si ottengono informazioni tridimensionali sul pianeta che prima non si avevano», afferma Espinoza. «Poiché possiamo dire che il bordo serale è più caldo, significa che è un po’ più puffy. Quindi, in teoria, c’è una piccola mareggiata al terminatore che si avvicina al lato notturno del pianeta».

«Grazie al Jwst stiamo studiando le atmosfere degli esopianeti con una precisione e un dettaglio che prima non erano possibili», conclude Luigi Mancini, professore associato all’Università di Roma Tor Vergata e associato Inaf, che lavora nel campo degli esopianeti da più di 15 anni ed è scopritore e co-scopritore di più di 100 pianeti con varie tecniche osservative e vari strumenti. «Questo nuovo studio del pianeta di tipo Saturniano Wasp-39b aggiunge un nuovo tassello al quadro che stiamo lentamente costruendo per capire l’astrofisica delle atmosfere esoplanetarie e che ci permetterà un giorno di classificare i pianeti in classi spettrali così come facciamo da oltre un secolo per le stelle».

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