Il James Webb Space Telescope rivela l’atmosfera di un esopianeta come mai prima d’ora

Nuove osservazioni di WASP-39b con JWST hanno fornito un quadro più chiaro dell’esopianeta, mostrando la presenza di sodio, potassio, acqua, anidride carbonica, monossido di carbonio e anidride solforosa nell’atmosfera del pianeta. L’illustrazione di questo artista mostra anche macchie di nuvole appena scoperte sparse per il pianeta. Credito: Melissa Weiss/Il centro astrofisico | Harvard e Smithsonian

Il James Webb Space Telescope (JWST) ha appena ottenuto un altro primato: un’immagine molecolare e chimica dettagliata del cielo lontano del mondo.

Il quadro strumenti altamente sensibile del telescopio si è puntato sull’atmosfera del “Saturno caldo” – un pianeta di massa Saturno in orbita attorno a una stella a circa 700 anni luce di distanza – noto come WASP-39 b. Mentre JWST e altri telescopi spaziali, inclusi Hubble e Spitzer, avevano precedentemente rilevato componenti isolati dell’atmosfera di questo pianeta, la nuova lettura fornisce un catalogo completo di atomi, molecole e persino segni di chimica attiva e nuvole.

“La chiarezza dei segnali di un numero di particelle diverse nei dati è notevole”, afferma Mercedes Lopez-Morales, astrofisica del Center for Astrophysics. Harvard e Smithsonian e uno degli scienziati che hanno contribuito alle nuove scoperte.

“Ci aspettavamo di vedere molti di questi segnali, ma quando ho visto i dati per la prima volta, ero sbalordito”, aggiunge Lopez-Morales.

Gli ultimi dati danno anche un indizio di come queste nuvole di esopianeti potrebbero apparire da vicino: sciolte piuttosto che un unico velo uniforme sul pianeta.

Il James Webb Space Telescope rivela l'atmosfera di un esopianeta come mai prima d'ora

La composizione dell’atmosfera dell’esopianeta gigante gassoso caldo WASP-39 b è stata rivelata dal telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA. Questo grafico mostra quattro spettri di trasmissione da tre strumenti Webb operanti in quattro modalità dello strumento. Sono tutti tracciati su una scala comune che va da 0,5 a 5,5 micron. Lo spettro di trasmissione è ottenuto confrontando la luce stellare che viene filtrata attraverso l’atmosfera di un pianeta mentre si muove davanti alla stella, con la luce stellare non filtrata che viene rilevata quando il pianeta è vicino alla stella. Ciascuno dei punti dati (cerchi bianchi) su questi grafici rappresenta la lunghezza d’onda specifica della luce che il pianeta blocca e viene assorbita dalla sua atmosfera. Le lunghezze d’onda assorbite preferenzialmente dall’atmosfera appaiono come picchi nello spettro di trasmissione. La linea blu è il modello migliore che tiene conto dei dati noti e delle proprietà di WASP-39 b e della sua stella (ad esempio, dimensioni, massa e temperatura) e delle proprietà ipotizzate dell’atmosfera. I ricercatori possono alterare i parametri del modello, alterando proprietà sconosciute come l’altezza delle nuvole nell’atmosfera e l’abbondanza di vari gas, per ottenere un adattamento migliore e una migliore comprensione di cosa sia realmente l’atmosfera. In alto a sinistra, i dati di NIRISS mostrano le impronte digitali di potassio (K), acqua (H2O) e monossido di carbonio (CO). In alto a destra, i dati di NIRCam mostrano una firma idrofila prominente. In basso a sinistra, i dati di NIRSpec indicano acqua, anidride solforosa (SO2), anidride carbonica (CO2) e monossido di carbonio (CO). In basso a destra, ulteriori dati NIRSpec rivelano tutte queste molecole oltre al sodio (Na). Crediti: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)

I risultati fanno ben sperare per la capacità del JWST di eseguire l’ampia gamma di indagini sugli esopianeti – pianeti attorno ad altre stelle – che gli scienziati speravano. Ciò include l’esame delle atmosfere di pianeti rocciosi più piccoli come quelli del sistema TRAPPIST-1.

Abbiamo notato esopianeta “L’utilizzo di più strumenti insieme fornisce un’ampia gamma di spettro infrarosso e una serie di firme chimiche inaccessibili fino al JWST”, ha affermato Natalie Batalha, astronoma dell’Università della California, Santa Cruz, che ha contribuito e aiutato a coordinare la nuova ricerca. Dati come questo sono un punto di svolta.

La raccolta di scoperte è dettagliata in una serie di cinque articoli scientifici appena presentati, disponibili sul sito di prestampa arXiv. Tra le scoperte senza precedenti c’è il primo rilevamento nell’atmosfera di un esopianeta di anidride solforosa, una molecola risultante da reazioni chimiche generate dalla luce ad alta energia della stella madre del pianeta. Sulla Terra c’è lo strato protettivo di ozono atmosfera superiore È creato in modo simile.

Il James Webb Space Telescope rivela l'atmosfera di un esopianeta come mai prima d'ora

Questa immagine mostra l’impressione di un artista del pianeta WASP-39 b e della sua stella. Il pianeta ha un’atmosfera torbida arancione-blu con accenni di bande nuvolose longitudinali sottostanti. Il quadrante sinistro del pianeta (il lato rivolto verso la stella) è illuminato, mentre il resto è in ombra. La stella è di colore bianco-giallastro brillante, senza contorni netti. Crediti: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)

“La sorprendente scoperta dell’anidride solforosa conferma finalmente che la fotochimica sta modellando un clima di ‘Saturno caldo'”, afferma Diana Powell, Hubble Fellow della NASA, astronoma presso il Centro astrofisico e membro centrale del team che ha effettuato la scoperta dell’anidride solforosa . La Terra è anche attraverso la fotochimica, quindi il nostro pianeta ha più cose in comune con il ‘Saturno caldo’ di quanto sapessimo in precedenza.”

Gia Adams, una studentessa laureata di Harvard e ricercatrice presso il Center for Astrophysics, ha analizzato i dati che hanno confermato il segnale di anidride solforosa.

“Come ricercatore all’inizio della carriera nel campo delle atmosfere degli esopianeti, è molto eccitante essere parte di una scoperta come questa”, afferma Adams. “Il processo di analisi di questi dati sembrava magico. Abbiamo visto accenni a questa caratteristica nei primi dati, ma questo strumento ad alta risoluzione ha rivelato la firma di SO”.2 chiaramente e ci ha aiutato a risolvere il mistero”.

A una temperatura stimata di 1.600 gradi Fahrenheit e un’atmosfera composta principalmente da idrogeno, WASP-39 b non è ritenuto abitabile. L’esopianeta è stato paragonato sia a Saturno che a Giove, con una massa simile a Saturno, ma con una dimensione complessiva pari a quella di Giove. Ma il nuovo lavoro indica la strada per trovare prove di una possibile vita su un pianeta abitabile.

La vicinanza del pianeta alla sua stella ospite – otto volte più vicino di quanto Mercurio sia al nostro sole – lo rende anche un laboratorio per studiare gli effetti delle radiazioni delle stelle ospiti sugli esopianeti. Una migliore conoscenza della connessione stella-pianeta dovrebbe portare a una comprensione più profonda di come questi processi creano la diversità dei pianeti osservati nella galassia.

Altri costituenti dell’atmosfera scoperti da JWST includono sodio, potassio e Vapore acqueoconfermando le precedenti osservazioni di telescopi spaziali e terrestri, oltre a trovare ulteriori caratteristiche dell’acqua, a lunghezze d’onda maggiori, mai viste prima.

Anche JWST ha visto Diossido di carbonio a una risoluzione maggiore, fornendo il doppio dei dati riportati dalle sue precedenti osservazioni. mentre, Monossido di carbonio è stato rilevato, ma dai dati erano assenti tracce chiare sia di metano che di idrogeno solforato. Se esistono, queste molecole si trovano a livelli molto bassi, una scoperta importante per gli scienziati che stanno inventariando la chimica degli esopianeti per comprendere meglio la formazione e l’evoluzione di questi mondi distanti.

Catturare uno spettro così ampio dell’atmosfera di WASP-39 b è stato un potente tour de force scientifico, poiché un team internazionale ha digitalizzato centinaia di dati analizzati in modo indipendente da quattro modalità di strumenti calibrati con precisione di JWST. Quindi hanno effettuato confronti dettagliati delle loro scoperte, ottenendo risultati scientificamente più accurati.

JWST vede l’universo dentro luce infrarossa, all’estremità rossa dello spettro luminoso oltre ciò che l’occhio umano può vedere; Consente al telescopio di raccogliere firme chimiche che non possono essere rilevate nella luce visibile.

Ciascuno dei tre strumenti ha persino una versione dell’infrarosso “IR” nel nome: NIRSpec, NIRCam e NIRISS.

Per vedere la luce di WASP-39 b, JWST ha seguito il pianeta mentre passava davanti alla sua stella, permettendo a parte della luce della stella di filtrare attraverso l’atmosfera del pianeta. Diversi tipi di sostanze chimiche nell’atmosfera assorbono diversi colori dello spettro della luce stellare, quindi i colori mancanti indicano agli astronomi quali molecole sono presenti.

Analizzando attentamente un esopianeta atmosferele prestazioni degli strumenti del JWST superano le aspettative degli scienziati e promettono una nuova fase di esplorazione tra l’ampia gamma di esopianeti della galassia.

“Non vedo l’ora di vedere cosa troviamo nelle atmosfere dei piccoli pianeti terrestri”, afferma López-Morales.

maggiori informazioni:
Shang-Min Tsai et al, Prova diretta della fotochimica nell’atmosfera di un esopianeta, arXiv (2022). doi.org/10.48550/arXiv.2211.10490

Lili Alderson et al., Science of Early Launchs of WASP-39b Exoplanets with JWST NIRSpec G395H, arXiv (2022). doi.org/10.48550/arXiv.2211.10488

Z. Rustamkulov et al, Early Release Science of the Exoplanet WASP-39b with JWST NIRSpec PRISM, arXiv (2022). doi.org/10.48550/arXiv.2211.10487

Eva-Maria Ahrer et al, Science of Early Exoplanet Launch WASP-39b with JWST NIRCam, arXiv (2022). doi.org/10.48550/arXiv.2211.10489

Adina D. Feinstein et al., Science of Early Exoplanet Launch WASP-39b with JWST NIRISS, arXiv (2022). doi.org/10.48550/arXiv.2211.10493

Informazioni sulla rivista:
arXiv


la citazione: James Webb Space Telescope Reveals Exoplanet Atmosphere Never Seen Before (2022, 22 novembre) Estratto il 22 novembre 2022 da https://phys.org/news/2022-11-james-webb-space-telescope-reveals.html

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