Gli astronomi hanno scoperto attività meteorologiche dinamiche, come cicloni giganteschi, sul pianeta extrasolare inabitabile WASP-121 b, grazie all’utilizzo del Telescopio Spaziale Hubble della NASA. Questa scoperta, fondamentale per lo studio del clima su pianeti lontani, è stata resa possibile da osservazioni dettagliate e modelli computazionali avanzati.
Il clima tempestoso in mostra su un “Giove caldo”
Il pianeta grande quanto Giove, WASP-121 b, non è certo un luogo adatto alla vita. Per cominciare, orbita molto vicino a una stella più luminosa e calda del Sole. Il pianeta è così pericolosamente vicino alla sua stella che la sua atmosfera superiore raggiunge una temperatura rovente di circa 1.870 gradi Celsius, più calda di un altoforno siderurgico.
Un flusso di luce ultravioletta proveniente dalla stella ospite sta riscaldando l’atmosfera superiore del pianeta, causando la fuga nello spazio di gas di magnesio e ferro. Potenti forze di marea gravitazionali della stella hanno alterato la forma del pianeta, facendolo apparire più simile a una palla da football. Combinando diversi anni di osservazioni del Telescopio Spaziale Hubble con la modellazione al computer, gli astronomi hanno trovato prove di cicloni massicci che si agitano sul pianeta infernale. I cicloni vengono ripetutamente creati e distrutti a causa della grande differenza di temperatura tra il lato rivolto verso la stella e il lato oscuro notturno dell’esopianeta.
Il Telescopio Spaziale Hubble osserva l’atmosfera dell’esopianeta che cambia nel corso di 3 anni
Combinando diversi anni di osservazioni del Telescopio Spaziale Hubble della NASA con la modellazione al computer, gli astronomi hanno trovato prove di cicloni massicci e altre attività meteorologiche dinamiche che si agitano su un pianeta caldo grande quanto Giove, situato a 880 anni luce di distanza.
Il pianeta, chiamato WASP-121 b, non è abitabile. Tuttavia, questo risultato rappresenta un importante primo passo nello studio dei modelli meteorologici su mondi lontani e, forse, alla fine nella ricerca di esopianeti potenzialmente abitabili con climi stabili e di lunga durata.
Negli ultimi decenni, osservazioni telescopiche dettagliate e missioni spaziali dei pianeti vicini nel nostro sistema solare hanno mostrato che le loro atmosfere turbolente non sono statiche, ma in costante cambiamento, proprio come il tempo sulla Terra. Questa variabilità dovrebbe applicarsi anche ai pianeti intorno ad altre stelle. Tuttavia, per misurare effettivamente tali cambiamenti, sono necessarie molte osservazioni dettagliate e modellazioni computazionali.
Una svolta nell’osservazione del clima degli esopianeti
Per fare questa scoperta, un team internazionale di astronomi ha assemblato e riprocessato le osservazioni di Hubble di WASP-121 b effettuate nel 2016, 2018 e 2019.
Hanno scoperto che il pianeta ha un’atmosfera dinamica, che cambia nel tempo. Il team ha utilizzato tecniche di modellazione sofisticate per dimostrare che queste drammatiche variazioni temporali potrebbero essere spiegate dai modelli meteorologici nell’atmosfera dell’esopianeta.
Il team ha scoperto che l’atmosfera di WASP-121 b mostra notevoli differenze tra le osservazioni. Più drammaticamente, potrebbero esserci fronti meteorologici massicci, tempeste e cicloni giganteschi che vengono ripetutamente creati e distrutti a causa della grande differenza di temperatura tra il lato rivolto verso la stella e il lato oscuro dell’esopianeta. Hanno anche rilevato un’apparente discrepanza tra la regione più calda dell’esopianeta e il punto sul pianeta più vicino alla stella, nonché una variabilità nella composizione chimica dell’atmosfera dell’esopianeta (misurata tramite spettroscopia).
Il team ha raggiunto queste conclusioni utilizzando modelli computazionali per aiutare a spiegare i cambiamenti osservati nell’atmosfera dell’esopianeta. “I dettagli notevoli delle nostre simulazioni dell’atmosfera degli esopianeti ci permettono di modellare accuratamente il clima su pianeti ultra-caldi come WASP-121 b”, ha spiegato Jack Skinner, ricercatore post-dottorato presso il California Institute of Technology di Pasadena, California, e co-leader di questo studio. “Qui facciamo un passo significativo in avanti combinando vincoli osservativi con simulazioni atmosferiche per comprendere il clima variabile nel tempo su questi pianeti.”
“Questo è un risultato estremamente eccitante mentre andiamo avanti nell’osservare i modelli meteorologici sugli esopianeti”, ha detto uno dei principali investigatori del team, Quentin Changeat, un ricercatore dell’Agenzia Spaziale Europea presso l’Istituto di Scienze del Telescopio Spaziale di Baltimora, Maryland. “Studiare il clima degli esopianeti è fondamentale per comprendere la complessità delle atmosfere degli esopianeti su altri mondi, specialmente nella ricerca di esopianeti con condizioni abitabili.”
WASP-121 b: Uno studio di caso sulle atmosfere degli esopianeti
WASP-121 b è così vicino alla sua stella madre che il periodo orbitale è di soli 1,27 giorni. Questa vicinanza significa che il pianeta è bloccato dalle maree in modo che lo stesso emisfero sia sempre rivolto verso la stella, allo stesso modo in cui la nostra Luna ha sempre lo stesso lato puntato verso la Terra. Le temperature diurne si avvicinano ai 1.900 gradi Celsius sul lato del pianeta rivolto verso la stella.
Il team ha utilizzato quattro serie di osservazioni di archivio di Hubble di WASP-121 b. Il set completo di dati includeva osservazioni di WASP-121 b in transito davanti alla sua stella (effettuate nel giugno 2016); WASP-121 b che passa dietro la sua stella, noto anche come eclissi secondaria (effettuate nel novembre 2016); e la luminosità di WASP-121 b in funzione del suo angolo di fase rispetto alla stella (la quantità variabile di luce ricevuta sulla Terra da un esopianeta mentre orbita attorno alla sua stella madre, simile al ciclo di fasi della nostra Luna). Questi dati sono stati presi rispettivamente nel marzo 2018 e nel febbraio 2019.
“Il set di dati assemblato rappresenta una quantità significativa di tempo di osservazione per un singolo pianeta ed è attualmente l’unico set consistente di tali osservazioni ripetute”, ha detto Changeat. Le informazioni che abbiamo estratto da quelle osservazioni sono state utilizzate per dedurre la chimica, la temperatura e le nuvole dell’atmosfera di WASP-121 b in momenti diversi. Questo ci ha fornito un quadro squisito del pianeta che cambia nel tempo.”
Le capacità uniche di Hubble sono evidenti anche nell’ampia gamma di programmi scientifici che abiliterà attraverso le sue osservazioni del Ciclo 31, che sono iniziate il 1° dicembre. Circa due terzi del tempo di Hubble saranno dedicati a studi di imaging, mentre il resto è assegnato a studi di spettroscopia, come quelli utilizzati per WASP-121 b. Maggiori dettagli sui programmi scientifici del Ciclo 31 sono in un recente annuncio.
Il Telescopio Spaziale Hubble è un progetto di cooperazione internazionale tra NASA e ESA. Il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, gestisce il telescopio. L’Istituto di Scienze del Telescopio Spaziale (STScI) di Baltimora, Maryland, conduce le operazioni scientifiche di Hubble e Webb. STScI è gestito per la NASA dall’Associazione delle Università per la Ricerca in Astronomia, a Washington, D.C.
