Per la prima volta, sono stati individuati segni potenziali dell'effetto "gloria", simile all'arcobaleno, su un pianeta al di fuori del nostro Sistema Solare. Le glorie sono colorati anelli concentrici di luce che si verificano solo in condizioni particolari. I dati del sensibile satellite ExOplanet Characterising Satellite (Cheops) dell'ESA, insieme a diversi altri missioni dell'ESA e della NASA, suggeriscono che questo delicato fenomeno stia irradiando direttamente verso la Terra dall'infernale atmosfera del gigante gassoso ultra-caldo WASP-76b, distante 637 anni luce.
La prima gloria extrasolare
Spesso osservato sulla Terra, l'effetto è stato scoperto solo una volta su un altro pianeta, Venere. Se confermata, questa prima gloria extrasolare rivelerà di più sulla natura di questo enigmatico esopianeta, con lezioni entusiasmanti su come comprendere meglio mondi strani e lontani.
I dati di Cheops e di altre missioni suggeriscono che tra il calore insopportabile e la luce della parte illuminata dal Sole dell'esopianeta WASP-76b, e la notte infinita del suo lato oscuro, potrebbe esserci la prima 'gloria' extrasolare. L'effetto, simile a un arcobaleno, si verifica quando la luce viene riflessa dalle nuvole composte da una sostanza perfettamente uniforme ma finora sconosciuta.
"C'è una ragione se non si è mai vista una gloria al di fuori del nostro Sistema Solare – richiede condizioni molto particolari," spiega Olivier Demangeon, astronomo presso l'Istituto di Astrofisica e Scienze Spaziali in Portogallo e autore principale dello studio. "Prima di tutto, servono particelle atmosferiche che siano quasi perfettamente sferiche, completamente uniformi e stabili abbastanza da poter essere osservate per lungo tempo. La stella vicina al pianeta deve brillare direttamente su di esso, con l'osservatore – qui Cheops – nel giusto orientamento".
Se confermata, questa prima gloria esoplanetaria fornirebbe uno strumento per saperne di più sul pianeta e la stella che lo ha formato.
"È importante tenere presente la portata incredibile di ciò che stiamo osservando," spiega Matthew Standing, un ricercatore dell'ESA che studia gli esopianeti. "WASP-76b è distante diverse centinaia di anni luce – un pianeta gigante gassoso intensamente caldo dove probabilmente piove ferro fuso. Nonostante il caos, sembra che abbiamo rilevato i segni potenziali di una gloria. È un segnale incredibilmente debole".
Questo risultato dimostra il potere della missione Cheops dell'ESA nel rilevare fenomeni tenui e mai visti prima su mondi lontani.
Un pianeta infernale
WASP-76b è un pianeta gioviano ultra-caldo. Sebbene sia meno massiccio del 10% rispetto a Giove, è quasi il doppio per dimensioni. Orbitando strettamente attorno alla sua stella ospite 12 volte più vicino di quanto Mercurio orbita intorno al nostro Sole, l'esopianeta è 'gonfiato' dalla radiazione intensa.
Dalla sua scoperta nel 2013, WASP-76b è stato oggetto di intensa osservazione ed è emersa un'immagine infernale bizzarra. Un lato del pianeta è sempre rivolto al Sole, raggiungendo temperature di 2400°C. Qui, elementi che formerebbero rocce sulla Terra si sciolgono ed evaporano, per poi condensarsi sul lato notturno leggermente più fresco, creando nuvole di ferro dalle quali cadono piogge di ferro fuso.
Gli scienziati sono rimasti a lungo perplessi da un'apparente asimmetria, nelle regioni più esterne di WASP-76b, viste mentre passa davanti alla sua stella ospite.
Anche i dati delle diverse missioni dell'ESA e della NASA, tra cui TESS, Hubble e Spitzer, sono stati analizzati in questo studio rivelatore, ma è stato quando Cheops dell'ESA e TESS della NASA hanno lavorato insieme che gli indizi del fenomeno della gloria sono apparsi.
Cheops ha monitorato strettamente WASP-76b mentre passava davanti e intorno alla sua stella, simile al Sole. Dopo 23 osservazioni in 3 anni, i dati hanno mostrato un aumento sorprendente della quantità di luce proveniente dal 'terminatore' orientale del pianeta, cioè il confine dove la notte incontra il giorno. Ciò ha consentito agli scienziati di sviscerare e vincolare l'origine del segnale.
"Questa è la prima volta che un cambiamento così netto è stato rilevato nella luminosità di un esopianeta, la sua 'curva di fase'," spiega Demangeon. "Questa scoperta ci porta a ipotizzare che questo bagliore inaspettato potrebbe essere causato da una riflessione forte, localizzata e anisotropica (dipendente dalla direzione) – l'effetto gloria".
La gloria riflessa di WASP-76b
Anche se l'effetto gloria crea pattern simili a quelli dell'arcobaleno, non sono la stessa cosa. Gli arcobaleni si formano quando la luce solare passa attraverso un mezzo con una certa densità a un mezzo con una densità diversa – ad esempio dall'aria all'acqua – che fa piegare il suo percorso (rifrazione). Le diverse lunghezze d'onda vengono piegate in quantità diverse, facendo sì che la luce bianca si divida nei suoi vari colori e crei l'arco rotondo familiare di un arcobaleno.
Le glorie, invece, si formano quando la luce passa tra un'apertura stretta, ad esempio tra goccioline d'acqua nelle nuvole o nella nebbia. Anche in questo caso, il percorso della luce viene piegato (in questo caso diffratto), creando anelli concentrici di colore, con interferenza tra le onde luminose che creano pattern di anelli luminosi e scuri.
Cosa significa la scoperta della prima gloria in mondo extrasolare
La conferma dell'effetto gloria implicherebbe la presenza di nuvole composte da goccioline d'acqua perfettamente sferiche, che sono durate almeno 3 anni o che vengono costantemente rinnovate. Perché tali nuvole possano persistere, la temperatura dell'atmosfera dovrebbe essere stabile nel tempo – uno scorcio affascinante e dettagliato di ciò che potrebbe accadere a WASP-76b.
È importante notare che essere in grado di rilevare tali meraviglie così lontane insegnerà agli scienziati e agli ingegneri come individuare altri fenomeni difficili da vedere ma essenziali. Ad esempio, la luce solare riflessa da laghi e oceani liquidi, un requisito per l'abitabilità.
Prova gloriosa all'orizzonte
"Sono necessarie ulteriori prove per dire in modo conclusivo che questa intrigante 'extra luce' è una rara gloria," spiega Theresa Lüftinger, Project Scientist della missione Ariel dell'ESA. "Osservazioni di follow-up dallo strumento NIRSPEC a bordo del Telescopio Spaziale James Webb NASA/ESA/CSA potrebbero fare proprio questo. O la prossima missione Ariel dell'ESA potrebbe provarne la presenza. Potremmo persino trovare altri colori rivelatori che brillano su altri esopianeti".
Demangeon conclude: "Sono stato coinvolto nella prima rilevazione della luce asimmetrica proveniente da questo strano pianeta – e da allora sono rimasto curioso sulla causa. Ci è voluto del tempo per arrivare qui, con momenti in cui mi sono chiesto – 'Perché insisti? Potrebbe essere meglio fare qualcos'altro con il tuo tempo'. Ma quando questa caratteristica è apparsa dai dati, è stata una sensazione così speciale – una soddisfazione particolare che non accade tutti i giorni".