I ricercatori, utilizzando il Telescopio Spaziale James Webb della NASA, hanno finalmente confermato ciò che i modelli avevano precedentemente previsto: un esopianeta presenta differenze tra la sua atmosfera mattutina ed eterna e quella serale ed eterna.
WASP-39 b, un esopianeta gigante con un diametro 1,3 volte maggiore di Giove, ma con una massa simile a quella di Saturno, che orbita attorno a una stella a circa 700 anni luce dalla Terra, è bloccato in modo tidale alla sua stella madre. Questo significa che ha un lato diurno costante e un lato notturno costante: un lato del pianeta è sempre esposto alla sua stella, mentre l’altro è sempre avvolto nell’oscurità.
Differenze di temperatura e copertura nuvolosa tra mattina e sera su WASP-39 b
Utilizzando il NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) di Webb, gli astronomi hanno confermato una differenza di temperatura tra la mattina e la sera su WASP-39 b, con la sera che appare più calda di circa 300 gradi Fahrenheit (circa 200 gradi Celsius). Hanno anche trovato prove di una diversa copertura nuvolosa, con la parte mattutina del pianeta probabilmente più nuvolosa rispetto alla sera.
Gli astronomi hanno analizzato lo spettro di trasmissione da 2 a 5 micron di WASP-39 b, una tecnica che studia il terminatore dell’esopianeta, il confine che separa il lato diurno dal lato notturno. Uno spettro di trasmissione viene realizzato confrontando la luce stellare filtrata attraverso l’atmosfera di un pianeta mentre si muove davanti alla stella, con la luce stellare non filtrata rilevata quando il pianeta è accanto alla stella. Con questo confronto, i ricercatori possono ottenere informazioni sulla temperatura, composizione e altre proprietà dell’atmosfera del pianeta.
Néstor Espinoza, ricercatore di esopianeti presso lo Space Telescope Science Institute e autore principale dello studio, ha dichiarato:
WASP-39 b è diventato un pianeta di riferimento nello studio dell’atmosfera degli esopianeti con Webb. Ha un’atmosfera gonfia e soffice, quindi il segnale proveniente dalla luce stellare filtrata attraverso l’atmosfera del pianeta è piuttosto forte.”
Gli spettri precedentemente pubblicati dell’atmosfera di WASP-39 b, che avevano rivelato la presenza di anidride carbonica, anidride solforosa, vapore acqueo e sodio, rappresentavano l’intero confine giorno/notte – non c’era stato alcun tentativo dettagliato di differenziare tra un lato e l’altro.
Ora, la nuova analisi costruisce due spettri diversi dalla regione del terminatore, essenzialmente dividendo il confine giorno/notte in due semicirconferenze, una dalla sera e l’altra dalla mattina. I dati rivelano che la sera è significativamente più calda, con una temperatura di 800 gradi Celsius, mentre la mattina è relativamente più fresca, con 600 gradi Celsius, come spiega Espinoza:
È davvero sorprendente che siamo in grado di rilevare questa piccola differenza, ed è possibile solo grazie alla sensibilità di Webb nelle lunghezze d’onda dell’infrarosso vicino e ai suoi sensori fotometrici estremamente stabili. Qualsiasi piccolo movimento nello strumento o nell’osservatorio durante la raccolta dei dati avrebbe limitato severamente la nostra capacità di fare questa rilevazione. Deve essere straordinariamente preciso, e Webb lo è.
La modellazione estensiva dei dati ottenuti consente anche ai ricercatori di investigare la struttura dell’atmosfera di WASP-39 b, la copertura nuvolosa e perché la sera è più calda. Mentre il lavoro futuro del team studierà come la copertura nuvolosa possa influenzare la temperatura e viceversa, gli astronomi hanno confermato la circolazione del gas intorno al pianeta come il principale colpevole della differenza di temperatura su WASP-39 b.
Su un esopianeta altamente irradiato come WASP-39 b, che orbita relativamente vicino alla sua stella, i ricercatori generalmente si aspettano che il gas si muova mentre il pianeta ruota attorno alla sua stella: il gas più caldo dal lato diurno dovrebbe muoversi attraverso la sera verso il lato notturno tramite un potente getto equatoriale. Poiché la differenza di temperatura è così estrema, la differenza di pressione dell’aria sarebbe anche significativa, il che a sua volta causerebbe alte velocità del vento.
Utilizzando modelli di circolazione generale, modelli tridimensionali simili a quelli utilizzati per prevedere i modelli meteorologici sulla Terra, i ricercatori hanno scoperto che su WASP-39 b i venti prevalenti si spostano probabilmente dal lato notturno attraverso il terminatore mattutino, attorno al lato diurno, attraverso il terminatore serale e poi attorno al lato notturno. Di conseguenza, il lato mattutino del terminatore è più fresco del lato serale.
In altre parole, il lato mattutino viene colpito da venti d’aria che si sono raffreddati sul lato notturno, mentre la sera viene colpita da venti d’aria riscaldati sul lato diurno. Le ricerche, pubblicate su Nature, suggeriscono che le velocità del vento su WASP-39 b possono raggiungere migliaia di chilometri all’ora:
Questa analisi è anche particolarmente interessante perché fornisce informazioni tridimensionali sul pianeta che non si ottenevano prima. Poiché possiamo dire che il bordo serale è più caldo, significa che è un po’ più gonfio. Quindi, teoricamente, c’è un piccolo rigonfiamento al terminatore che si avvicina al lato notturno del pianeta.
I ricercatori ora mirano a utilizzare lo stesso metodo di analisi per studiare le differenze atmosferiche di altri Giove caldi bloccati in modo tidale, come parte del programma di Osservatori Generali del Ciclo 2 di Webb, Programma 3969.
WASP-39 b è stato uno dei primi obiettivi analizzati da Webb quando ha iniziato le operazioni scientifiche regolari nel 2022. I dati in questo studio sono stati raccolti nell’ambito del programma Early Release Science 1366, progettato per aiutare gli scienziati a imparare rapidamente come utilizzare gli strumenti del telescopio e realizzare il suo pieno potenziale scientifico.
Il Telescopio Spaziale James Webb è il principale osservatorio scientifico spaziale al mondo. Webb sta risolvendo misteri nel nostro sistema solare, guardando oltre verso mondi distanti intorno ad altre stelle e sondando le strutture e le origini misteriose del nostro universo e del nostro posto in esso. Webb è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner, ESA (Agenzia Spaziale Europea) e CSA (Agenzia Spaziale Canadese).