I ricercatori che utilizzano il telescopio spaziale James Webb della NASA hanno rilevato prove di nanocristalli di quarzo nelle nuvole ad alta quota di WASP-17 b, un esopianeta caldo simile a Giove ubicato 1.300 anni luce dalla Terra. La rilevazione, possibile unicamente con il MIRI (Webb’s Mid-Infrared Instrument), segna la prima volta che particelle di silice (SiO 2 ) sono state avvistate nell’atmosfera di un esopianeta.
“Eravamo entusiasti!” ha affermato David Grant, ricercatore presso l’Università di Bristol nel Regno Unito e primo autore di un articolo pubblicato oggi sull’Astrophysical Journal Letters . “Sapevamo dalle osservazioni di Hubble che dovevano esserci degli aerosol – minuscole particelle che formano nuvole o foschia – nell’atmosfera di WASP-17 b, ma non ci aspettavamo che fossero fatti di quarzo”.
I silicati (minerali ricchi di silicio e ossigeno) costituiscono la maggior parte della Terra e della Luna, nonché di altri oggetti rocciosi nel nostro sistema solare, e sono estremamente comuni in tutta la galassia. Ma i grani di silicato precedentemente rilevati nelle atmosfere degli esopianeti e delle nane brune sembrano essere costituiti da silicati ricchi di magnesio come olivina e pirosseno, non solo quarzo – che è SiO2 puro. Il risultato di questo team, che comprende anche ricercatori dell’Ames Research Center della NASA e del Goddard Space Flight Center della NASA, dà una nuova svolta alla nostra comprensione di come si formano ed evolvono le nuvole degli esopianeti. “Ci aspettavamo pienamente di vedere silicati di magnesio“, ha detto la coautrice Hannah Wakeford, anche lei dell’Università di Bristol. “Ma ciò che stiamo vedendo invece sono probabilmente gli elementi costitutivi di questi, le minuscole particelle ‘seme’ necessarie per formare i grani di silicato più grandi che rileviamo negli esopianeti più freddi e nelle nane brune”.
Rilevare variazioni sottili
Con un volume più di sette volte quello di Giove e una massa inferiore alla metà di Giove, WASP-17 b è uno dei pianeti extrasolari più grandi e gonfi conosciuti. Questo, insieme al suo breve periodo orbitale di soli 3,7 giorni terrestri, rende il pianeta ideale per la spettroscopia di trasmissione: una tecnica che prevede la misurazione degli effetti di filtraggio e diffusione dell’atmosfera di un pianeta sulla luce stellare. Webb ha osservato il sistema WASP-17 per quasi 10 ore, raccogliendo più di 1.275 misurazioni di luminosità della luce nel medio infrarosso da 5 a 12 micron mentre il pianeta attraversava la sua stella. Sottraendo la luminosità delle singole lunghezze d’onda della luce che raggiungevano il telescopio quando il pianeta era di fronte alla stella da quella della stella stessa, il team è stato in grado di calcolare la quantità di ciascuna lunghezza d’onda bloccata dall’atmosfera del pianeta. Ciò che è emerso è stato un “rigonfiamento” inaspettato a 8,6 micron , una caratteristica che non ci si aspetterebbe se le nuvole fossero fatte di silicati di magnesio o altri possibili aerosol ad alta temperatura come l’ossido di alluminio, ma che ha perfettamente senso se sono fatte di quarzo.
Cristalli, nuvole e venti
Sebbene questi cristalli abbiano probabilmente una forma simile ai prismi esagonali appuntiti che si trovano nei geodi e nei negozi di gemme sulla Terra, ognuno di essi ha una larghezza di soli 10 nanometri circa, un milionesimo di centimetro. “I dati di Hubble hanno effettivamente svolto un ruolo chiave nel limitare le dimensioni di queste particelle”, ha spiegato la coautrice Nikole Lewis della Cornell University, che guida il programma Webb Guaranteed Time Observation (GTO) progettato per aiutare a costruire una visione tridimensionale di un pianeta caldo. Atmosfera di Giove. “Sappiamo che c’è silice solo dai dati MIRI di Webb, ma avevamo bisogno delle osservazioni visibili e del vicino infrarosso di Hubble per il contesto, per capire quanto sono grandi i cristalli.”
A differenza delle particelle minerali trovate nelle nuvole sulla Terra, i cristalli di quarzo rilevati nelle nuvole di WASP-17 b non vengono spazzati via da una superficie rocciosa. Hanno invece origine nell’atmosfera stessa. “WASP-17 b è estremamente caldo – circa 1.500 gradi Celsius (2.700 ° F) – e la pressione in cui si formano in alto nell’atmosfera è solo circa un millesimo di quella che sperimentiamo sulla superficie terrestre”, ha spiegato Grant. “In queste condizioni, i cristalli solidi possono formarsi direttamente dal gas, senza passare prima attraverso una fase liquida”.
Capire di cosa sono fatte le nuvole è fondamentale per comprendere il pianeta nel suo insieme. I Giove caldi come WASP-17 b sono costituiti principalmente da idrogeno ed elio, con piccole quantità di altri gas come vapore acqueo (H2O) e anidride carbonica (CO2). “Se consideriamo solo l’ossigeno presente in questi gas e trascuriamo di includere tutto l’ossigeno racchiuso in minerali come il quarzo (SiO2), sottostimeremo significativamente l’abbondanza totale”, ha spiegato Wakeford. “Questi bellissimi cristalli di silice ci raccontano l’inventario di diversi materiali e come si uniscono per modellare l’ambiente di questo pianeta”.
È difficile determinare esattamente quanto quarzo ci sia e quanto siano diffuse le nuvole. “Le nuvole sono probabilmente presenti lungo la transizione giorno/notte (il terminatore), che è la regione sondata dalle nostre osservazioni”, ha affermato Grant. Dato che il pianeta è bloccato dalle maree con un lato diurno molto caldo e un lato notturno più fresco, è probabile che le nuvole circolino attorno al pianeta, ma vaporizzino quando raggiungono il lato diurno più caldo. “I venti potrebbero spostare queste minuscole particelle vetrose a migliaia di miglia all’ora”.
WASP-17 b è uno dei tre pianeti presi di mira dalle indagini Deep Reconnaissance of Exoplanet Atmospheres del JWST-Telescope Scientist Team utilizzando la spettroscopia multi-strumento (DREAMS), progettate per raccogliere una serie completa di osservazioni di un rappresentante di ciascuna classe chiave di esopianeti: un Giove caldo, un Nettuno caldo e un pianeta roccioso temperato. Le osservazioni MIRI del caldo Giove WASP-17 b sono state effettuate come parte del programma GTO 1353 .
Il James Webb Space Telescope è il principale osservatorio di scienze spaziali del mondo. Webb sta risolvendo i misteri del nostro sistema solare, guardando oltre, verso mondi lontani attorno ad altre stelle, e sondando le misteriose strutture e origini del nostro universo e il nostro posto in esso. Webb è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner, l’ESA (Agenzia spaziale europea) e l’Agenzia spaziale canadese.
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