Nubi eso-planetarie con cristalli di quarzo tra le ultime scoperte di James Webb
Il telescopio spaziale James Webb continua a soddisfare anche più del previsto le altissime aspettative che c’erano nei suoi confronti. Alle sue sensazionali scoperte si è aggiunta quella dell’esistenza di nano-cristalli di quarzo nelle nubi dell’esopianeta WASP-17b.
Nubi ad alta quota ricche di nano-cristalli di quarzo è quanto si è scoperto sull'esopianeta WASP-17 b, grazie alle osservazioni del telescopio spaziale James Webb. La scoperta è stata fatta grazie ad una tecnica molto speciale chiamata "spettroscopia di trasmissione", l'unica tecnica che ad oggi permette di studiare l'atmosfera degli esopianeti.
Cos'è WASP-17 b
Scoperto nel 2009, WASP-17 b è un esopianeta di tipo gioviano caldo, cioè un pianeta con caratteristiche (massa e raggio) simili a quelle di Giove, ma molto più vicino alla sua stella (WASP-17), per cui molto più caldo di Giove.
Tuttavia, rispetto agli altri esopianeti gioviani caldi, WASP-17 b viene definito un "puffy planet", cioè un pianeta paffuto, poiché, avendo una massa circa la metà di quella di Giove, ma un raggio circa il doppio, ha una densità particolarmente bassa.
Come si studia l’atmosfera di un esopianeta
La composizione chimica della superficie di una stella viene studiata per mezzo di osservazioni spettroscopiche ottenute con gli spettrografi. Come dice lo stesso nome, lo spettrografo è uno strumento che riesce a osservare lo spettro della stella, cioè a separare la luce stellare nelle sue diverse frequenze. Dall’analisi dello spettro e delle righe in esso presenti (cioè le frequenze a cui il flusso della stella è minore o maggiore rispetto alle frequenze adiacenti) si deduce quali elementi chimici sono presenti sulla superficie.
Generalmente, la composizione chimica di una stella è dominata dalla presenza di idrogeno, elio, ma anche elementi più pesanti come litio, neon, ferro,...
Per determinare la composizione chimica dell’atmosfera di un esopianeta, gli astronomi hanno messo a punto una tecnica veramente interessante che prende il nome di spettroscopia di trasmissione.
Se una stella ha un pianeta che le transita davanti davanti, durante il suo transito si produce una piccola eclissi, cioè una piccola diminuzione della luminosità della stella, poiché parte della sua luce viene bloccata dal pianeta che le sta passando davanti.
Tuttavia, durante l’eclisse, la luce della stella attraversando l’atmosfera del pianeta, viene assorbita dalle molecole in essa presenti. Queste, lasciano la loro impronta sovrapposta allo spettro della stella. Come rappresentato nella figura di sopra, lo spettro della stella (priva di aqua e anidride carbonica) conterrà tracce sia di acqua che di anidride carbonica invece presenti nell'atmosfera del pianeta.
Se si ottiene uno spettro della stella durante l'eclisse, la luce conterrà non solo informazione sulla composizione chimica della superficie della stella, ma anche informazione sulla composizione chimica dell’atmosfera del pianeta.
Cosa ha osservato JWST
La tecnica della spettroscopia di trasmissione è stata utilizzata proprio con il telescopio spaziale James Webb. Esattamente, è stato utilizzato lo spettrografo MIRI ottimizzato nell'infrarosso. Questo ha osservato la stella WASP-17 e ne ha ottenuto uno spettro mentre il suo esopianeta WASP-17 b le transitava davanti.
Una volta ben nota la composizione chimica di WASP-17, tutto ciò che è stato osservato di diverso nello spettro combinato di WASP-17 e WASP-17 b era da attribuire all’atmosfera del pianeta.
Si è osservato che l’atmosfera di questo pianeta è composta prevalentemente da idrogeno ed elio, con tracce di vapore d’acqua e di anidride carbonica.
Tuttavia, la sorpresa è stata la scoperta della presenza di nubi ricche di nano-cristalli di quarzo (Si02). E’ la prima volta che viene osservato il quarzo su un esopianeta.
In particolare, alle lunghezze d'onda a cui il quarzo assorbe la luce (vedi striscia verde nella figura di sopra), si è osservato che veniva bloccata dall'atmosfera del pianeta molta più luce del previsto (e cioè in assenza di quarzo). Da questa caratteristica dello spettro è stata dedotta la presenza di abbondante quarzo nell'atmosfera di WASP-17 b.
Tassello dopo tassello, si stanno comprendendo sempre meglio le caratteristiche delle atmosfere degli esopianeti. Dopo la scoperta di un esopianeta e la caratterizzazione delle sue proprietà fisiche (massa, raggio) ed orbitali (periodo di rivoluzione e distanza dalla stella), la caratterizzazione dell'atmosfera è il passo successivo nella ricerca di traccianti biologici che possano svelare forme di vita extraterrestre.