Rendering artistico di Wasp17 b. Crediti: Nasa, Esa, Csa, and R. Crawford/Provided
Utilizzando il telescopio spaziale James Webb, un gruppo internazionale di ricercatori ha rilevato prove della presenza di nanocristalli di quarzo nelle nubi ad alta quota di Wasp-17 b, un gioviano caldo a 1.300 anni luce dalla Terra. Il rilevamento, possibile unicamente grazie a Miri (Mid-Infrared Instrument), lo strumento nel medio infrarosso di Webb, segna la prima volta che particelle di silice (SiO2) sono state individuate nell’atmosfera di un esopianeta.
I cristalli di quarzo in questione sono larghi circa 10 nanometri (un milionesimo di centimetro), così piccoli che 10mila di essi potrebbero stare uno accanto all’altro su un capello umano. Le loro dimensioni e la loro composizione sono state riportate in un articolo pubblicato su Astrophysical Journal Letters.
«I dati di Hubble hanno effettivamente svolto un ruolo chiave nel porre dei limiti alla dimensione di queste particelle. Sappiamo che c’è silice dai dati Miri di Webb, ma avevamo bisogno delle osservazioni nel visibile e del vicino infrarosso di Hubble per definire il contesto, per capire quanto sono grandi i cristalli», spiega la coautrice Nikole Lewis, a capo del programma Webb Guaranteed Time Observation (Gto) progettato per aiutare a costruire una visione tridimensionale della calda atmosfera di Giove.
Con un volume più di sette volte quello di Giove e una massa inferiore alla metà di quella di Giove, Wasp-17 b è uno dei pianeti extrasolari più grandi e “gonfi” conosciuti. Questo, insieme al suo breve periodo orbitale di 3,7 giorni terrestri, rende il pianeta ideale per la spettroscopia di trasmissione: una tecnica che prevede la misurazione degli effetti del filtraggio e della diffusione dell’atmosfera di un pianeta sulla luce stellare per rilevare le caratteristiche della sua composizione.
Webb ha osservato il sistema Wasp-17 per quasi 10 ore, raccogliendo più di 1.275 misurazioni di luminosità nel medio infrarosso da 5 a 12 micron, mentre il pianeta transitava davanti alla sua stella. Sottraendo la luminosità alle singole lunghezze d’onda della luce che raggiungeva il telescopio quando il pianeta si trovava di fronte alla stella dalla luminosità della stella stessa, il gruppo di ricerca è stato in grado di calcolare la quantità di luce a ciascuna lunghezza d’onda bloccata dall’atmosfera del pianeta.
Ciò che è emerso è stato un bump inaspettato a 8,6 micron, spiegato dal fatto che le nubi erano composte da quarzo, piuttosto che da silicati di magnesio o altri possibili aerosol ad alta temperatura come l’ossido di alluminio.
Spettro di trasmissione dell’esopianeta Wasp-17 b, catturato dallo strumento Miri (Mid-Infrared Instrument) di Jwst il 12-13 marzo 2023. Si tratta della prima prova della presenza di quarzo (silice cristallina, SiO2) nelle nubi di un esopianeta. Lo spettro è stato realizzato misurando la variazione di luminosità a 28 lunghezze d’onda nel medio infrarosso mentre il pianeta transitava davanti alla stella. Per ogni lunghezza d’onda, la quantità di luce bloccata dall’atmosfera del pianeta (cerchi bianchi) è stata calcolata sottraendo la quantità di luce che ha attraversato l’atmosfera dalla quantità originariamente emessa dalla stella. La linea viola è il modello più adatto ai dati di Webb (Miri), Hubble e Spitzer (i dati di Hubble e Spitzer coprono lunghezze d’onda da 0,34 a 4,5 micron e non sono mostrati nel grafico). Lo spettro mostra una chiara caratteristica intorno a 8,6 micron, che gli astronomi ritengono sia causata da particelle di silice che assorbono parte della luce stellare che attraversa l’atmosfera. La linea gialla tratteggiata mostra come apparirebbe questa parte dello spettro di trasmissione se le nubi nell’atmosfera di Wasp-17 b non contenessero silice. Crediti: Nasa, Esa, Csa, R. Crawford (STScI), D. Grant (University of Bristol), H. R. Wakeford (University of Bristol), N. Lewis (Cornell University)
La capacità unica di Webb di misurare gli effetti estremamente deboli di questi cristalli sulla luce stellare – e da una distanza di oltre 11 milioni di miliardi di chilometri – sta fornendo informazioni critiche sulla composizione delle atmosfere degli esopianeti e nuove informazioni sul loro clima.
Nelle nubi del gioviano caldo, invece dei silicati ricchi di magnesio come olivina e pirosseno osservati su altri esopianeti, i ricercatori hanno trovato i loro elementi costitutivi: la silice pura necessaria per formare i grani di silicati più grandi, che si trovano nelle nane brune e negli esopianeti più freddi.
A differenza delle particelle minerali trovate nelle nuvole terrestri, i cristalli di quarzo rilevati nelle nubi di Wasp-17 b non vengono spazzati via da una superficie rocciosa, bensì hanno origine nell’atmosfera stessa. «Wasp-17 b è estremamente caldo – circa 1.480 gradi Celsius – e la pressione alla quale si formano i cristalli di quarzo in alto nell’atmosfera è solo circa un millesimo di quella che sperimentiamo sulla superficie terrestre. In queste condizioni, i cristalli solidi possono formarsi direttamente dal gas, senza passare prima attraverso una fase liquida», spiega il primo autore David Grant, dell’Università di Bristol.
«Quanto quarzo ci sia esattamente e quanto siano pervasive le nuvole sono due aspetti difficili da determinare, ma il team mira a fare proprio questo, combinando queste osservazioni di Wasp-17 b con altre osservazioni del sistema da parte di Jwst», conclude Lewis.
Ricordiamo che Wasp-17 b è uno dei tre pianeti obiettivo delle indagini Dreams – acronimo di Deep Reconnaissance of Exoplanet Atmospheres using Multi-instrument Spectroscopy – progettate per raccogliere una serie completa di osservazioni di un rappresentante di ciascuna classe di esopianeti: un gioviano caldo, un nettuniano caldo e un pianeta roccioso temperato.
Per saperne di più:
- Leggi su Astrophysical Journal Letters l’articolo “JWST-TST DREAMS: Quartz Clouds in the Atmosphere of WASP-17b” di David Grant, Nikole K. Lewis, Hannah R. Wakeford, Natasha E. Batalha, Ana Glidden, Jayesh Goyal, Elijah Mullens, Ryan J. MacDonald, Erin M. May, Sara Seager, Kevin B. Stevenson, Jeff A. Valenti, Channon Visscher, Lili Alderson, Natalie H. Allen, Caleb I. Cañas, Knicole Colón, Mark Clampin, Néstor Espinoza, Amélie Gressier, Jingcheng Huang, Zifan Lin, Douglas Long, Dana R. Louie, Maria Peña-Guerrero, Sukrit Ranjan, Kristin S. Sotzen, Daniel Valentine, Jay Anderson, William O. Balmer, Andrea Bellini, Kielan K. W. Hoch, Jens Kammerer, Mattia Libralato, C. Matt Mountain, Marshall D. Perrin, Laurent Pueyo, Emily Rickman, Isabel Rebollido, Sangmo Tony Sohn, Roeland P. van der Marel e Laura L. Watkins