Gloria Guilluy, prima autrice dello studio in uscita su Astronomy & Astrophysics, e sullo sfondo il Telescopio nazionale Galileo
Circa un anno fa riportavamo qui su Media Inaf come il Telescopio nazionale Galileo dell’Inaf (Tng), nonostante possieda uno specchio principale da neanche quattro metri, fosse riuscito a rilevare l’acqua presente nell’atmosfera di Hd 189733B, un esopianeta di tipo gioviano caldo. Un risultato conseguito in precedenza solo da telescopi spaziali o da telescopi terrestri della classe otto o dieci metri.
Gloria Guilluy, dottoranda all’Inaf di Torino, e altri autori italiani della precedente scoperta spiegano ora, in un articolo in via di pubblicazione su Astronomy & Astrophysics, come abbiano ottenuto un nuovo, similare, “record” al Tng: la prima chiara rivelazione di metano con spettroscopia ad alta risoluzione nell’atmosfera di un esopianeta di tipo gioviano caldo, effettuata da un telescopio della classe quattro metri.
Denominato Hd 102195b e scoperto nel 2005, il pianeta in questione ha una massa circa la metà quella di Giove e orbita in soli quattro giorni attorno a una stella simile al Sole che si trova più o meno a 95 anni luce di distanza. Gli scienziati ritengono che sia un pianeta gassoso, di tipo gioviano caldo, pur non conoscendone la dimensione perché – dal nostro punto di vista – il corpo non transita mai di fronte alla sua stella, in modo che se ne possa misurare “l’ombra” durante il transito.
Rappresentazione artistica di un pianeta gassoso con orbita ravvicinata a una stella di tipo solare. Crediti: Esa, Nasa, G. Tinetti e M. Kornmesser
Questo teoricamente pregiudica anche l’osservazione dei composti chimici presenti nell’atmosfera, le cui tracce rimarrebbero nella luce stellare che giunge fino a noi. Gli autori del nuovo studio hanno quindi deciso di adottare la stessa tecnica che si utilizzerebbe per analizzare pianeti “transitanti” per esaminare quelli “non transitanti”, come appunto Hd 102195b, con qualche differenza decisiva.
«In questo caso, non si analizza la variazione della radiazione stellare attraverso l’atmosfera dell’esopianeta, come si fa con la spettroscopia di trasmissione ad alta risoluzione spettrale per i pianeti transitanti», spiega Guilluy a Media Inaf, «ma si va a studiare lo spettro emesso dal lato diurno del pianeta quando si trova alla massima distanza dalla Terra (congiunzione superiore). Questa tecnica prende così il nome di spettroscopia di emissione ad alta risoluzione spettrale».
Utilizzando lo spettrografo infrarosso ad alta risoluzione Giano al Tng in tre notti di osservazione nel marzo 2016, il gruppo di ricerca italiano è riuscito a rilevare nell’atmosfera di Hd 102195b un’impronta tipica dell’acqua e una del metano, distinguendo tali impronte dai segnali simili indotti dall’atmosfera terrestre.
Il Telescopio nazionale Galileo alle Canarie. Crediti: Inaf / Stefano Parisini
«Questo è un bel colpo per Giano perché, in studi precedenti, il metano era sì stato trovato nelle atmosfere di esopianeti usando dati di risoluzione sia bassa che alta, ma senza un chiaro successo», spiega Guilluy. «L’alta risoluzione con cui opera Giano ha fornito ai ricercatori due vantaggi: in primo luogo, ad alta risoluzione le molecole vengono risolte in singole linee spettrali individuali, quindi è facile capire quale composto molecolare sia presente all’interno dello spettro emesso dal pianeta attraverso il confronto con modelli teorici. Ogni composto possiede, infatti, uno spettro preciso, che è come un’impronta digitale della molecola stessa».
«In secondo luogo – prosegue la ricercatrice –, Giano permette di rivelare lo spostamento nello spettro planetario causato dal suo movimento attorno alla stella ospite. In questo modo, il segnale del pianeta può essere separato dalla contaminazione della nostra atmosfera che è, invece, un segnale stazionario, cioè non varia nel tempo».
Secondo gli autori del nuovo studio, questo risultato potrebbe costituire un punto di svolta per la caratterizzazione delle atmosfere dei giganti caldi, e in particolar modo di quelli non transitanti.
La figura mostra il segnale di cross-correlazione totale eseguito tra gli spettri Giano e i modelli contenenti CH4 (pannello di sinistra) e H2O (pannello di destra). Crediti: G. Guilluy et al.
«Oltre al successo per la rivelazione di metano, con questo studio si è dimostrato che anche telescopi di piccole dimensioni possono caratterizzare le atmosfere dei pianeti non transitanti», conclude Guilluy. «Studi di questo tipo fino ad ora erano infatti stati condotti utilizzando principalmente spettrografi montati su telescopi di grande diametro, otto-dieci metri».
Per saperne di più:
- Leggi il preprint dell’articolo “Exoplanet atmospheres with GIANO II. Detection of molecular absorption in the dayside spectrum of HD 102195b”, di G. Guilluy, A. Sozzetti, M. Brogi, A.S. Bonomo, P. Giacobbe, R. Claudi e S. Benatti, in uscita su Astronomy & Astrophysics