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    L'acqua sulle cime delle nuvole degli esopianeti potrebbe essere trovata con strumentazione hi-tech

    Il concetto di questo artista raffigura un sistema planetario. Credito:NASA/JPL-Caltech

    Gli astronomi dell'Università di Warwick hanno dimostrato che il vapore acqueo può essere potenzialmente rilevato nelle atmosfere degli esopianeti sbirciando letteralmente sopra le loro nubi impenetrabili.

    Applicando la tecnica a modelli basati su esopianeti noti con nuvole, il team ha dimostrato in linea di principio che la spettroscopia ad alta risoluzione può essere utilizzata per esaminare le atmosfere di esopianeti che in precedenza erano troppo difficili da caratterizzare a causa di nubi troppo dense per il passaggio di luce sufficiente attraverso.

    La loro tecnica è descritta in un articolo per gli avvisi mensili della Royal Astronomical Society e fornisce un altro metodo per rilevare la presenza di vapore acqueo nell'atmosfera di un esopianeta, così come altre specie chimiche che potrebbero essere utilizzate in futuro per valutare potenziali segni di vita . La ricerca ha ricevuto finanziamenti dal Science and Technologies Facilities Council (STFC), parte della ricerca e innovazione del Regno Unito (UKRI).

    Gli astronomi usano la luce della stella ospite di un pianeta per scoprire di cosa è composta la sua atmosfera. Quando il pianeta passa davanti alla stella, osservano la trasmissione della luce stellare mentre sfiora l'atmosfera superiore e ne altera lo spettro. Possono quindi analizzare questo spettro per esaminare le lunghezze d'onda che hanno firme spettrali per sostanze chimiche specifiche. Queste sostanze chimiche, come il vapore acqueo, metano e ammoniaca, sono presenti solo in tracce in questi pianeti ricchi di idrogeno ed elio.

    Però, nuvole dense possono impedire a quella luce di passare attraverso l'atmosfera, lasciando gli astronomi con uno spettro senza caratteristiche. La spettroscopia ad alta risoluzione è una tecnica relativamente recente che viene utilizzata negli osservatori terrestri per osservare gli esopianeti in maggiore dettaglio, e i ricercatori di Warwick volevano esplorare se questa tecnologia potesse essere utilizzata per rilevare le tracce di sostanze chimiche presenti nel sottile strato atmosferico proprio sopra quelle nuvole.

    Mentre gli astronomi sono stati in grado di caratterizzare le atmosfere di molti esopianeti più grandi e più caldi che orbitano vicino alle loro stelle, chiamati "caldi Giove, "Ora vengono scoperti esopianeti più piccoli a temperature più basse (meno di 700°C). Molti di questi pianeti, che sono le dimensioni di Nettuno o più piccole, hanno mostrato nuvole molto più spesse.

    Hanno modellato due "Nettuni caldi" precedentemente conosciuti e hanno simulato il modo in cui la luce della loro stella sarebbe stata rilevata da uno spettrografo ad alta risoluzione. GJ3470b è un pianeta nuvoloso che gli astronomi erano stati precedentemente in grado di caratterizzare, mentre GJ436b è stato più difficile da caratterizzare a causa di uno strato di nubi molto più spesso. Entrambe le simulazioni hanno dimostrato che ad alta risoluzione è possibile rilevare sostanze chimiche come vapore acqueo, ammoniaca e metano facilmente con poche notti di osservazione con un telescopio terrestre.

    La tecnica funziona in modo diverso dal metodo recentemente utilizzato per rilevare la fosfina su Venere, ma potrebbe essere potenzialmente utilizzato per cercare qualsiasi tipo di molecola nelle nuvole di un pianeta al di fuori del nostro sistema solare, compresa la fosfina.

    L'autore principale, il dott. Siddharth Gandhi del Dipartimento di Fisica dell'Università di Warwick, ha dichiarato:"Abbiamo studiato se la spettroscopia ad alta risoluzione da terra può aiutarci a limitare l'altitudine nell'atmosfera dove abbiamo le nuvole, e limitano le abbondanze chimiche nonostante quelle nuvole. Quello che stiamo vedendo è che molti di questi pianeti hanno vapore acqueo su di loro, e stiamo iniziando a vedere anche altre sostanze chimiche, ma le nuvole ci impediscono di vedere chiaramente queste molecole. Abbiamo bisogno di un modo per rilevare queste specie e la spettroscopia ad alta risoluzione è un modo potenziale per farlo, anche se c'è un'atmosfera nuvolosa. Le abbondanze chimiche possono dirti molto su come potrebbe essersi formato il pianeta perché lascia la sua impronta chimica sulle molecole nell'atmosfera. Perché questi sono giganti gassosi, rilevare le molecole nella parte superiore dell'atmosfera offre anche una finestra sulla struttura interna mentre i gas si mescolano con gli strati più profondi".

    La maggior parte delle osservazioni di esopianeti è stata effettuata utilizzando telescopi spaziali come Hubble o Spitzer, e la loro risoluzione è troppo bassa per rilevare un segnale sufficiente da sopra le nuvole. Il vantaggio della spettroscopia ad alta risoluzione è che è in grado di sondare una gamma più ampia di altitudini.

    Il Dr. Gandhi aggiunge:"Molti di questi pianeti più freddi sono troppo nuvolosi per avere vincoli significativi con l'attuale generazione di telescopi spaziali. Presumibilmente, poiché troviamo sempre più pianeti, ci saranno pianeti più nuvolosi, quindi sta diventando davvero importante rilevare cosa c'è su di loro. La spettroscopia ad alta risoluzione terrestre e la prossima generazione di telescopi spaziali saranno in grado di rilevare queste specie in tracce su pianeti nuvolosi, offrendo un potenziale entusiasmante per le biofirme in futuro."

    Co-autore Dott. Matteo Brogi, dal Dipartimento di Fisica dell'Università di Warwick, ha dichiarato:"Nonostante i pianeti con dimensioni intermedie tra la Terra e Nettuno siano i più comuni nella nostra Galassia, il nostro sistema solare non ne ospita nessuno. Essere in grado di determinare la natura di questi esopianeti ci permette di collocare meglio il nostro sistema solare nel contesto, che ci porta un passo più vicino a svelare il mistero delle nostre origini."


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