Sapevamo già della capacità del James Webb Space Telescope di registrare immagini senza precedenti sia del cielo profondo che dei nostri pianeti vicini nel Sistema Solare. Ma non è solo in grado di scattare queste istantanee: è stato progettato anche per analizzare l’emissione di infrarossi da oggetti freddi molto distanti. Ad esempio, pianeti extrasolari o esopianeti.
Dopo aver studiato lo spettro di emissione dell’esopianeta VHS 1256b (situato a 40 anni luce dalla Terra e 19 volte più massiccio di Giove), un team internazionale di ricercatori è giunto alla seguente conclusione: questo gigantesco pianeta extrasolare contiene granelli di sabbia nella sua atmosfera, come così come acqua, metano e monossido di carbonio.
Questa è la prima volta che un numero così elevato di molecole viene identificato contemporaneamente su un pianeta al di fuori del Sistema Solare.
Prima di commentare i nuovi risultati, approfondiamo il mondo dei pianeti extrasolari.
Oltre il Sistema Solare
Alla scuola si studiano i pianeti del Sistema Solare (ordinandoli in base alla loro vicinanza al Sole).
Di questo gruppo selezionato di otto (Plutone finì per essere considerato un pianeta nano, sebbene esistano ancora controversie), quattro sono pianeti rocciosi (Mercurio, Venere, Terra e Marte) e gli altri quattro, i più lontani dal Sole, sono giganti gassosi. (Giove, Saturno, Urano e Nettuno). Nell’antichità erano chiamate stelle erranti, perché la loro posizione nel firmamento non era costante come nel caso delle stelle fisse.
Sebbene gli astronomi presumessero l’esistenza di pianeti al di fuori del Sistema Solare, fu solo il 6 ottobre 1995 che fu scoperto il primo esopianeta, in orbita attorno a una stella della sequenza principale. Era l’esopianeta 51 Pegasi b, più grande di Giove e che ruotava attorno alla stella Helvetios, a circa 50 anni luce da noi.
I risultati non hanno smesso di aumentare. Ad esempio, la super-Terra Gliese 876 d (uno dei primi esopianeti terrestri) e il sistema planetario TRAPPIST-1.
L’immagine in alto è curiosa: sette esopianeti rocciosi (di dimensioni simili alla Terra) orbitano intorno a una stella nana rossa. Come fatto significativo, la distanza di questi pianeti dalla loro stella è molto inferiore a quella del pianeta Mercurio dal Sole.
Un anno sul pianeta più lontano (TRAPPIST-1h) dura 18,8 giorni terrestri, mentre quello più vicino (TRAPPIST-1b) compie una rivoluzione in soli 1,5 giorni.
Precisamente, un recente studio di TRAPPIST-1b (basato sui dati di emissione infrarossa raccolti da James Webb) mostra un pianeta extrasolare senza atmosfera significativa con una temperatura fino a 230 gradi Celsius sul lato diurno.
Fino all’anno 2022, la NASA aveva confermato circa 5.000 esopianeti sulle centinaia di miliardi che la nostra galassia può ospitare. Di recente ha assunto importanza la scoperta dell’esopianeta TOI 700 e (di dimensioni simili alla Terra e all’interno della cosiddetta zona abitabile), in quanto potrebbe ospitare acqua liquida sulla sua superficie. Sono i pianeti perfetti per lo sviluppo della vita, così come la conosciamo.
Ma in che modo gli astronomi sono stati in grado di rilevare questi esopianeti?
Metodi per rilevare gli esopianeti
Probabilmente abbiamo in mente qualche immagine di un pianeta del Sistema Solare catturata da potenti telescopi a terra o nello spazio (capaci di catturare la luce riflessa da oggetti così freddi). Ad esempio, in questa istantanea di Giove scattata dal telescopio spaziale Hubble (e registrata nel visibile, nell’infrarosso e nell’ultravioletto) si possono vedere dettagli senza precedenti di questo gigante gassoso.
Il problema con questo metodo di rilevamento diretto risiede nella difficoltà di catturare la fioca luce riflessa da un esopianeta distante (dove, nella maggior parte dei casi, verrebbero abbagliati dalla stella madre).
Tuttavia, gli astronomi sono stati in grado di fotografare un pianeta extrasolare (2M1207b) in orbita attorno alla sua stella (2M1207).
D’altra parte, esistono metodi di rilevamento indiretto ampiamente utilizzati in astronomia. Due spiccano:
- Velocità radiali: basate sulle variazioni di velocità di una stella centrale dovute all’effetto gravitazionale di un pianeta (in linea di principio invisibile) che le orbita attorno. Questo metodo è stato molto utile per rilevare esopianeti più grandi vicino alla loro stella centrale.
- Transiti: consiste nell’osservare la diminuzione dell’intensità della luce di una stella quando un esopianeta le orbita davanti. Ha anche avuto molto successo nel trovare grandi pianeti extrasolari.
Il turbolento esopianeta VHS 1256b
Tornando al nostro esopianeta VHS 1256b, questo gigante gassoso orbita attorno alle sue due stelle a una distanza quattro volte superiore a quella che compie Plutone attorno al Sole, completando una rivoluzione in circa 10.000 anni.
Di conseguenza, la luce emessa dalla sua atmosfera non si mescolerà con quella delle sue stelle madri. Ciò consente di ottenere risultati molto affidabili sulla sua composizione e dinamica.
D’altra parte, Webb non ha analizzato questo pianeta utilizzando i metodi indiretti sopra descritti. Invece, ha registrato lo spettro di emissione della sua atmosfera turbolenta (raggiungendo temperature di 815 ⁰C) utilizzando due dei suoi strumenti di bordo.
È noto che, per intervalli specifici di lunghezze d’onda, la curva presenta massimi di emissione (associati ai diversi composti chimici presenti nell’atmosfera dell’esopianeta). In particolare, James Webb è stato in grado di identificare acqua, metano, monossido di carbonio e silicati nell’atmosfera di VHS 1256b.
La presenza di questi granelli di silicato più grandi è ciò che gli scienziati alla base di questa scoperta classificano come particelle di sabbia molto calde. D’altra parte, i grani più fini potrebbero assomigliare a minuscole particelle nel fumo.
Questo è il maggior numero di molecole identificate contemporaneamente su un pianeta extrasolare (a causa dell’ampia gamma di lunghezze d’onda dell’infrarosso che gli strumenti NIRSpec e MIRI possono misurare).
Il James Webb sarà in grado di rilevare altre molecole come l’ossigeno o l’anidride carbonica nell’atmosfera di pianeti molto distanti? Quasi certamente è una questione di tempo.
Autore
Óscar del Barco Novillo, Università di Saragozza
