Lo studio dei pianeti extrasolari è una delle frontiere dell’astronomia moderna. Oggi di questi mondi alieni se ne conoscono alcune migliaia – 5.502, dice il contatore di esopianeti della Nasa – che abbracciano una vasta gamma di masse, raggi, temperature e parametri orbitali. La maggior parte di essi è stata rilevata utilizzando il metodo del transito e il metodo della velocità radiale, la restante parte utilizzando vari altri metodi, come la temporizzazione delle pulsar, la microlente gravitazionale e l’imaging diretto.
Parallelamente alle rivelazioni di pianeti, già da tempo gli astronomi stanno cercando di caratterizzare in maniera dettagliata le atmosfere di questi pianeti. Per farlo utilizzano osservazioni spettroscopiche: all’interno dello spettro di un pianeta extrasolare sono infatti codificate informazioni sia sulla composizione chimica dell’atmosfera, sia sui molteplici processi fisici che vi avvengono.
Una delle tecniche utilizzate dagli astronomi per individuare specie chimiche nelle atmosfere esoplanetarie è la spettroscopia di trasmissione, che sfrutta il metodo dei transiti. Quando un pianeta transita davanti alla sua stella ospite, parte della luce stellare – prima di raggiungere l’osservatore – attraversa l’atmosfera planetaria. Una parte di questa luce viene assorbita dall’atmosfera planetaria; una parte, invece, viene “trasmessa”, giungendo all’osservatore. Sottraendo dallo spettro ottenuto fuori dal transito lo spettro ottenuto durante il transito, si ottiene il cosiddetto “spettro di trasmissione”: una sorta di codice a barre contenente le impronte digitali impresse sulla luce stellare dalle specie chimiche presenti nell’atmosfera planetaria.
Illustrazione artistica del gioviano caldo Wasp-31b, nella cui atmosfera Flagg e colleghi hanno rivelato molecole di idruro di cromo, una sorta di “termometro” per determinare la temperatura e altre caratteristiche planetarie. Crediti: Nasa
Conoscere queste specie chimiche è importante non solo per determinare la composizione chimica del pianeta, ma anche per un altro motivo: determinare la loro temperatura e altre caratteristiche peculiari. Ci sono infatti molecole che funzionano come una sorta di “termometro planetario”, poiché abbondanti solo in un certo intervallo di temperature. L’idruro di cromo (CrH), una molecola biatomica formata da cromo e idrogeno, è una di queste.
Relativamente rara e particolarmente sensibile alla temperatura, la specie chimica in questione è abbondante solo nella finestra di temperature che vanno da circa 900 a 1700 gradi Celsius. Fino ad ora, tuttavia, questo idruro è stato rilevato soltanto nell’atmosfera delle stelle (nel Sistema solare la sua presenza è stata rivelata nelle macchie solari) e delle nane brune – oggetti sub-stellari con una massa al confine fra stelle e pianeti giganti gassosi – ma mai in un pianeta. Mai fino a oggi: un team di ricercatori guidato dalla Cornell University ne ha infatti trovato ora le tracce nell’atmosfera di un gioviano caldo, aprendo la strada all’utilizzo di questa molecola termo-sensibile come, appunto, “termometro” per determinare la temperatura e altre caratteristiche esoplanetarie.
«Le molecole di idruro di cromo sono molto sensibili alla temperatura», sottolinea a questo proposito Laura Flagg, astronoma alla Cornell University e prima autrice dello studio, pubblicato su The Astrophysical Journal Letters, che riporta i risultati della ricerca. «A temperature più alte si vede solo il cromo. A temperature più basse, invece, l’elemento si trasforma in altri composti. Ma esiste un intervallo specifico di temperatura, che va da circa 900 a 1700 gradi Celsius, in cui l’idruro di cromo è presente in grande abbondanza».
L’esopianeta sul quale è stata rivelata la molecola è Wasp-31b. Scoperto con il metodo dei transiti nel 2010, Wasp-31b si trova a 1305 anni luce di distanza dalla Terra e impiega circa tre giorni per completare un’orbita attorno alla sua stella madre, Wasp-31, dalla quale dista quasi sette milioni di chilometri. Per analizzare l’atmosfera del pianeta, Flagg e il suo team hanno utilizzato gli spettri ad alta risoluzione ottenuti da osservazioni condotte nel 2022, come parte dell’indagine Exoplanets with Gemini Spectroscopy (ExoGems), utilizzando lo spettrografo Graces. I ricercatori hanno quindi integrato questi dati con dati d’archivio presi nel 2017 e infine li hanno analizzati. Analisi che non solo ha confermato la presenza della molecola sul pianeta, ma ha anche permesso di determinare una temperatura di equilibrio planetaria di circa 1200 gradi Celsius: un valore all’interno del range di temperature dell’idruro di cromo.
Wasp-31b è il primo esopianeta in cui viene confermata la presenza di idruro di cromo, ma senza dubbio non sarà l’ultimo, concludono i ricercatori. Rilevare la molecola in un singolo pianeta è il primo passo verso la sua potenziale utilizzazione per caratterizzare le atmosfere degli esopianeti in modo simile a quanto già avviene per le nane brune. E anche se oggi siamo vicini al limite di ciò che è possibile caratterizzare con la spettroscopia ad alta risoluzione da terra, la rivelazione dell’idruro di cromo dovrebbe essere alla portata di Jwst e della prossima generazione di telescopi terrestri.
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal Letters l’articolo “ExoGemS Detection of a Metal Hydride in an Exoplanet Atmosphere at High Spectral Resolution”, di Laura Flagg, Jake D. Turner, Emily Deibert, Andrew Ridden-Harper, Ernst de Mooij, Ryan J. MacDonald, Ray Jayawardhana, Neale Gibson, Adam Langeveld e David Sing