Gli scienziati hanno trovato le prove più forti fino ad oggi per una stratosfera su un enorme pianeta al di fuori del nostro sistema solare, con un'atmosfera abbastanza calda da far bollire il ferro.

Un team internazionale di ricercatori, guidato dall'Università di Exeter, ha fatto la nuova scoperta osservando le molecole d'acqua incandescente nell'atmosfera dell'esopianeta WASP-121b con il telescopio spaziale Hubble della NASA.

Per studiare la stratosfera del gigante gassoso, uno strato di atmosfera in cui la temperatura aumenta con l'aumentare dell'altitudine, gli scienziati hanno utilizzato la spettroscopia per analizzare come la luminosità del pianeta è cambiata a diverse lunghezze d'onda della luce.

Vapore acqueo nell'atmosfera del pianeta, Per esempio, si comporta in modi prevedibili in risposta a diverse lunghezze d'onda della luce, a seconda della temperatura dell'acqua. A temperature più fresche, il vapore acqueo nell'atmosfera superiore del pianeta blocca la luce di specifiche lunghezze d'onda che si irradia dagli strati più profondi verso lo spazio. Ma a temperature più alte, le molecole d'acqua nell'atmosfera superiore brillano invece a queste lunghezze d'onda.

Il fenomeno è simile a quello che accade con i fuochi d'artificio, che ottengono i loro colori da sostanze chimiche che emettono luce. Quando le sostanze metalliche vengono riscaldate e vaporizzate, i loro elettroni si spostano in stati di energia superiore. A seconda del materiale, questi elettroni emetteranno luce a lunghezze d'onda specifiche mentre perdono energia:il sodio produce giallo-arancione e lo stronzio produce rosso in questo processo, Per esempio.

Allo stesso modo, le molecole d'acqua nell'atmosfera di WASP-121b emettono radiazioni mentre perdono energia, ma è sotto forma di luce infrarossa, che l'occhio umano non è in grado di rilevare.

La ricerca è pubblicata sulla principale rivista scientifica Natura .

"Modelli teorici hanno suggerito che le stratosfere possono definire una classe speciale di esopianeti ultra-caldi, con importanti implicazioni per la fisica e la chimica dell'atmosfera, "ha detto il dottor Tom Evans, autore principale e ricercatore presso l'Università di Exeter. "Quando abbiamo puntato Hubble su WASP-121b, abbiamo visto molecole d'acqua incandescenti, il che implica che il pianeta ha una forte stratosfera".

WASP-121b, situato a circa 900 anni luce dalla Terra, è un esopianeta gigante gassoso comunemente chiamato "Giove caldo", sebbene con massa e raggio maggiori di Giove, rendendolo molto più gonfio. L'esopianeta orbita intorno alla sua stella ospite ogni 1,3 giorni, ed è circa la distanza più vicina che potrebbe essere prima che la gravità della stella inizi a farla a pezzi.

Questa vicinanza significa anche che la parte superiore dell'atmosfera viene riscaldata fino a raggiungere un calore ardente 2, 500 gradi Celsius - la temperatura alla quale il ferro esiste in forma gassosa anziché solida.

Nella stratosfera terrestre, l'ozono intrappola le radiazioni ultraviolette del sole, che aumenta la temperatura di questo strato di atmosfera. Altri corpi del sistema solare hanno stratosfere, anche - il metano è responsabile del riscaldamento nelle stratosfere di Giove e della luna di Saturno, Titano, Per esempio. Nei pianeti del sistema solare, il cambiamento di temperatura all'interno di una stratosfera è tipicamente inferiore a 100 gradi Celsius. Però, su WASP-121b, la temperatura nella stratosfera aumenta di 1000 gradi Celsius.

"Abbiamo misurato un forte aumento della temperatura dell'atmosfera di WASP-121b ad altitudini più elevate, ma non sappiamo ancora cosa sta causando questo drammatico riscaldamento, "dice Nikolay Nikolov, co-autore e ricercatore presso l'Università di Exeter. "Speriamo di affrontare questo mistero con le prossime osservazioni ad altre lunghezze d'onda".

I gas di ossido di vanadio e ossido di titanio sono potenziali fonti di calore, poiché assorbono fortemente la luce delle stelle alle lunghezze d'onda visibili, simile alla radiazione UV che assorbe l'ozono. Questi composti dovrebbero essere presenti solo nel più caldo dei Giove caldi, come WASP-121b, poiché sono necessarie alte temperature per mantenerli allo stato gassoso.

Infatti, l'ossido di vanadio e l'ossido di titanio sono comunemente osservati nelle nane brune, "stelle fallite" che hanno alcuni punti in comune con gli esopianeti.

Precedenti ricerche nell'ultimo decennio hanno indicato possibili prove di stratosfere su altri esopianeti, ma questa è la prima volta che vengono rilevate molecole d'acqua incandescente, il segnale più chiaro mai visto per una stratosfera di esopianeti.

È uno dei primi risultati di un nuovo programma osservativo condotto da un team internazionale di scienziati, guidato dal Professore Associato David Sing presso l'Università di Exeter e dalla Dott.ssa Mercedes Lopez-Mórales presso lo Smithsonian Institution. Il programma ha ricevuto 800 ore per studiare e confrontare 20 diversi esopianeti, che rappresenta una delle più grandi allocazioni di tempo per un singolo programma in tutti i 27 anni di storia di Hubble.

"Questa nuova ricerca è la prova fumante che gli scienziati hanno cercato durante lo studio degli esopianeti caldi. Abbiamo scoperto che questo Giove caldo ha una stratosfera, una caratteristica comune osservata nella maggior parte dei pianeti del nostro sistema solare", afferma il professor David Sing, co-autore e Professore Associato di Astrofisica presso l'Università di Exeter.

"È una scoperta davvero entusiasmante poiché stiamo assistendo a differenze drammatiche da un pianeta all'altro che stanno fornendo preziosi indizi per capire come si comportano i pianeti in condizioni diverse, e stiamo solo grattando la superficie di tutti i nuovi dati Hubble".

Il prossimo telescopio spaziale James Webb della NASA sarà in grado di seguire le atmosfere di pianeti come WASP-121b con una sensibilità maggiore rispetto a qualsiasi telescopio attualmente nello spazio.

"Questo esopianeta super caldo sarà un punto di riferimento per i nostri modelli atmosferici, e sarà un grande obiettivo di osservazione entrando nell'era Webb, "ha detto Hannah Wakeford, co-autore e ricercatore presso l'Università di Exeter.