Il telescopio Webb scrive di nuovo la storia dell'astronomia: catturata CO₂ su 4 esopianeti lontani 130 anni luce!

Non si immaginava ci fosse così tanta anidride carbonica nell’atmosfera di questi pianeti extrasolari. La scoperta è stata fatta con una tecnica innovativa grazie al telescopio James Webb in 4 esopianeti attorno alla stessa giovane stella HR 8799.

Sapevamo già da tempo che la stella HR 8799 fosse circondata da 4 pianeti gassosi che ne costituiscono il suo sistema planetario. Tuttavia, non si sospettava che ciascuni di questi pianeti possedesse tanta anidride carbonica nella propria atmosfera.

Questa scoperta è stata recentemente ottenuta da un team internazionale e pubblicata sulla rivista Astronomical Journal, a prima firma dell'astronomo Balmer. Ciò che ha reso possibile la scoperta è stato l'utilizzo di una nuova tecnica. Questa ha permesso di caratterizzare la composizione chimica delle atmosfere dei 4 pianeti dalle stesse immagini, senza ricorrere alla spettroscopia.

Oltre alla presenza abbondante di anidride carbonica è stata scoperta la presenza di metalli (cioè elementi più pesanti dell’elio) in quantità superiore a quanto stimato in precedenza.

Il sistema planetario di HR 8799

In direzione della costellazione del Pegaso (il cavallo alato), a circa 129 anni luce di distanza dal Sistema Solare, si trova la calda e giovane stella HR 8799. La sua età è stimata essere di circa 30 milioni di anni.

Ad oggi si contano ben 4 esopianeti attorno a questa stella, chiamati secondo la convenzione HR 8799 b, c, d, e (con lettere dell’alfabeto assegnate in base all’ordine cronologico di scoperta, con b il primo pianeta scoperto ed e l’ultimo scoperto).

Quindi, la stella ospita un vero e proprio sistema planetario che attira molto l’interesse degli astronomi a motivo della sua giovinezza (30 milioni di anni come dicevamo).

Infatti, importante obiettivo dello studio del sistema planetario di HR 8799, come anche dello studio degli altri sistemi planetari già noti, è quello di confrontarli con il nostro Sistema Solare. Dal confronto si cerca di ricostruire la storia evolutiva del Sistema Solare e di capire quanto “normale” o quanto “diverso” sia il nostro sistema planetario nell’Universo, come affermato dallo stesso Balmer.

Come JWST è riuscito a scoprire la presenza di CO₂

Uno degli strumenti veramente potenti a bordo del telescopio James Webb è il coronografo. Si tratta di un dispositivo che, una volta puntato il telescopio su una stella, riesce a bloccarne la luce dando la possibilità di esplorare i suoi dintorni e scoprire se vi sono esopianeti.

Infatti, la luminosità della stella è milioni di volte più brillante dei suoi esopianeti, per cui se presenti sono completamente nascosti nel suo bagliore.

Una volta bloccata la luce della stella (che nell’immagine è sostituita dal disegno di una stellina bianca a 5 punte), si riesce a registrare la luce emessa dagli esopianeti che, nel caso di HR 8799 sono ben 4 (b, c, d, e). Tutti e 4 i pianeti di HR8799 sono gassosi.

Le osservazioni di JWST sono state effettuate in bande spettrali molto speciali, bande centrate alle lunghezze d’onda sensibili alla presenza di anidride carbonica e proprio queste immagini hanno con grande sorpresa rivelato l’abbondante presenza di CO₂ in tutti e quattro i pianeti.

51 Eri b è l'altro pianeta extrasolare la cui atmosfera è stata scoperta essere ricca di anidride carbonica. Credit: NASA / ESO

Questo è un grande passo avanti nello studio dei pianeti extrasolari. JWST ha dimostrato la possibilità concreta di studiare le atmosfere degli esopianeti utilizzando non solo la spettroscopia (come fino ad oggi fatto) ma anche dal diretto imaging, cioè dalle immagini degli stessi pianeti.

Cosa si sa di nuovo sui pianeti di HR 8799

Le recenti osservazioni di JWST suggeriscono come altamente probabile la formazione dei 4 pianeti di HR8799 per accrescimento del nucleo.

Due sono, infatti, i meccanismi con cui si pensa si possano formare i pianeti gassosi. Un meccanismo è quello chiamato "core accretion", cioè la formazione di un nucleo solido che col passare del tempo è riuscito a catturare (gravitazionalmente) il gas presente nel disco protostellare, formando così un pianeta gassoso sempre più massiccio.

Si pensa si tratti dello stesso meccanismo con cui si sono formati i nostri pianeti gassosi Giove e Saturno.

Altra modalità è quella chiamata "instabilità di disco”, cioè una versione su piccolissima scala del processo con cui si forma la stessa stella. Una perturbazione all'interno del disco innesca un collasso gravitazionale localizzato che porta alla formazione del pianeta gassoso.

L'abbondanza di CO₂ supporta il meccanismo di "core accretion" e fornisce indicazione di come attorno ad altre stelle diverse dal Sole abbiano agito meccanismi simili a quelli che hanno operato agli albori del nostro Sistema Solare.