Grazie ai dati ottenuti dal James Webb gli scienziati hanno potuto mappare e ricostruire il meteo sull’esopianeta WASP-43 b.
Un team internazionale di ricercatori ha utilizzato con successo il telescopio spaziale James Webb della NASA per mappare il meteo sull’esopianeta gigante gassoso WASP-43 b. Misurazioni precise della luminosità su un ampio spettro di luce nel medio infrarosso, combinate con modelli climatici 3D e precedenti osservazioni di altri telescopi, suggeriscono la presenza di nuvole spesse e alte che coprono il lato notturno, cieli sereni sul lato diurno e venti equatoriali fino a 5.000 miglia. all’ora mescolando i gas atmosferici in tutto il pianeta. L’indagine che ha mappato il meteo è solo l’ultima dimostrazione della scienza degli esopianeti ora possibile grazie alla straordinaria capacità di Webb di misurare le variazioni di temperatura e rilevare gas atmosferici ad anni luce di distanza.
Un gioviano caldo bloccato marealmente
WASP-43 b è un esopianeta di tipo “gioviano caldo”: di dimensioni simili a Giove, composto principalmente da idrogeno ed elio e molto più caldo di qualsiasi pianeta gigante del nostro sistema solare. Sebbene la sua stella sia più piccola e più fredda del Sole, WASP-43 b orbita a una distanza di appena 1,3 milioni di miglia, meno di 1/25 della distanza tra Mercurio e il Sole.
Con un’orbita così stretta, il pianeta è bloccato marealmente rispetto alla sua stella, con un lato continuamente illuminato e l’altro nell’oscurità permanente. Sebbene il lato notturno non riceva mai alcuna radiazione diretta dalla stella, i forti venti provenienti da est trasportano il calore dal lato diurno. Dalla sua scoperta nel 2011, WASP-43 b è stato osservato con numerosi telescopi, tra cui l’Hubble della NASA e i telescopi spaziali Spitzer, ora in pensione.
“Con Hubble abbiamo potuto vedere chiaramente la presenza di vapore acqueo sul lato illuminato. Sia Hubble che Spitzer hanno suggerito che potevano esserci nuvole sul lato notturno”, ha spiegato Taylor Bell, ricercatore del Bay Area Environmental Research Institute e autore principale di uno studio pubblicato su Nature Astronomy. “Ma avevamo bisogno di misurazioni più precise da parte del James Webb per iniziare davvero a mappare la temperatura, la copertura nuvolosa, i venti e la composizione atmosferica più dettagliata in tutto il pianeta”.
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Mappatura della temperatura e deduzione del tempo
Sebbene WASP-43 b sia troppo piccolo, fioco e vicino alla sua stella per essere osservato direttamente da un telescopio, il suo breve periodo orbitale di sole 19,5 ore lo rende un’esopianeta ideale per la spettroscopia con curva di fase, una tecnica che prevede la misurazione di piccoli cambiamenti nella luminosità poiché il pianeta orbita attorno alla stella.
Poiché la quantità di luce nel medio infrarosso emessa da un oggetto dipende in gran parte da quanto è caldo, i dati sulla luminosità catturati dal James Webb possono quindi essere utilizzati per calcolare la temperatura del pianeta. Il team ha utilizzato il MIRI (strumento del medio infrarosso) di Webb per misurare la luce proveniente dal sistema WASP-43 ogni 10 secondi per più di 24 ore. Osservando un’intera orbita, il team è stato in grado di calcolare la temperatura dei diversi lati del pianeta mentre ruotano e diventano visibili e da essi costruire una mappa approssimativa della temperatura in tutto il pianeta.
Le misurazioni mostrano che il lato diurno ha una temperatura media di quasi 1.250° C, abbastanza calda da forgiare il ferro. Nel frattempo, il lato notturno è significativamente più fresco a 600° C. I dati aiutano anche a localizzare il punto più caldo del pianeta (detto ‘“hotspot”), che è leggermente spostato verso est rispetto a dove riceve la maggior quantità di radiazione stellare quando la stella è più alta nel cielo del pianeta. Questa differenza di posizione avviene a causa dei venti che spostano l’aria calda.
Per interpretare la mappa, il team ha utilizzato complessi modelli atmosferici 3D come quelli utilizzati per comprendere il tempo e il clima sulla Terra. L’analisi mostra che il lato notturno è probabilmente coperto da uno spesso ed alto strato di nuvole che impedisce a parte della luce infrarossa di fuoriuscire nello spazio. Di conseguenza, il lato notturno, anche se molto caldo, appare più fioco e più fresco di quanto sarebbe se non ci fossero nuvole.
Mancanza di metano e vento forte
L’ ampio spettro della luce nel medio infrarosso catturato dal James Webb ha inoltre permesso di misurare la quantità di vapore acqueo (H2O) e metano (CH4) attorno al pianeta. Gli spettri mostrano chiari segni di vapore acqueo sia sul lato notturno che su quello diurno del pianeta, fornendo ulteriori informazioni su quanto sono spesse le nuvole e quanto in alto si estendono nell’atmosfera.
Sorprendentemente, i dati mostrano anche una netta mancanza di metano in qualsiasi zona dell’atmosfera. Sebbene il lato diurno sia troppo caldo perché possa esistere metano (la maggior parte del carbonio dovrebbe essere sotto forma di monossido di carbonio), il metano dovrebbe essere stabile e rilevabile sul lato notturno, più fresco.
Il fatto che non vediamo metano ci dice che WASP-43 b deve avere una velocità del vento che raggiunge qualcosa come 8.000 chilometri all’ora. Se i venti spostano il gas dal lato diurno a quello notturno e viceversa abbastanza velocemente, non c’è tempo a sufficienza perché le reazioni chimiche previste producano quantità rilevabili di metano sul lato notturno. Il team ritiene che a causa di questa miscelazione guidata dal vento, la chimica atmosferica sia la stessa in tutto il pianeta, cosa che non era evidente dal lavoro passato con Hubble e Spitzer.
L’osservazione MIRI di WASP-43 b è stata condotta come parte dei programmi James Webb Early Release Science, che stanno fornendo ai ricercatori una vasta gamma di dati robusti e ad accesso aperto per studiare un’ampia gamma di fenomeni cosmici.
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Fonte: NASA\JPL