L'illustrazione dell'artista mostra il pianeta gigante gassoso Kepler-13Ab rispetto alle dimensioni di diversi pianeti nel nostro sistema solare. Il colosso esopianeta è sei volte più massiccio di Giove. Kepler-13Ab è anche uno dei pianeti più caldi conosciuti, con una temperatura diurna di quasi 5, 000 gradi Fahrenheit. Orbita molto vicino alla stella Kepler-13A, che è 1, 730 anni luce dalla Terra. Credito:NASA, ESA, e A. Feild (STScI)
Gli astronomi della Penn State hanno usato il telescopio spaziale Hubble per trovare un pianeta gigante rovente al di fuori del nostro sistema solare dove l'atmosfera "nevica" di ossido di titanio. Queste osservazioni di Hubble sono le prime rilevazioni di questo processo di "nevicata", chiamato "trappola fredda, " su un pianeta extrasolare. Questa scoperta, e altre osservazioni fatte dal team di Penn State, fornire informazioni sulla complessità del tempo e della composizione atmosferica sugli esopianeti, e un giorno potrebbe essere utile per misurare l'abitabilità di pianeti delle dimensioni della Terra.
"In molti modi, gli studi atmosferici che stiamo facendo ora su questi tipi di pianeti gassosi "caldi di Giove" sono banchi di prova per come faremo studi atmosferici di terrestri, pianeti simili alla Terra, " ha detto Thomas Beatty, assistente professore di astronomia alla Penn State e autore principale dello studio. "Capire di più sulle atmosfere di questi pianeti e su come funzionano ci aiuterà quando studieremo pianeti più piccoli che sono più difficili da vedere e hanno caratteristiche più complicate nelle loro atmosfere". I risultati del team sono pubblicati nel numero di ottobre 2017 di Il Giornale Astronomico .
Il team di Beatty ha preso di mira il pianeta Kepler-13Ab perché è uno dei più caldi degli esopianeti conosciuti. La sua temperatura diurna è di quasi 5, 000 gradi Fahrenheit. Kepler-13Ab è così vicino alla sua stella madre che è in rotazione sincrona, quindi un lato è sempre rivolto verso la stella mentre l'altro lato è nell'oscurità permanente. Il team ha scoperto che la nevicata della crema solare si verifica solo sul lato notturno permanente del pianeta. Qualsiasi visitatore di questo esopianeta avrebbe bisogno di imbottigliare un po' di quella crema solare, perché non lo troveranno sul lato rovente del giorno.
Gli astronomi non sono andati alla ricerca specifica dell'ossido di titanio. Anziché, i loro studi hanno rivelato che l'atmosfera di questo pianeta gigante è più fredda ad altitudini più elevate, il che è stato sorprendente perché è l'opposto di ciò che accade su altri caldi Giove. L'ossido di titanio nelle atmosfere di altri Giove caldi assorbe la luce e la riirradia sotto forma di calore, rendendo l'atmosfera più calda a quote più elevate. Anche alle loro temperature molto più fredde, la maggior parte dei giganti gassosi del nostro sistema solare ha anche temperature più calde ad altitudini più elevate.
Incuriosito da questa sorprendente scoperta, i ricercatori hanno concluso che la forma gassosa che assorbe la luce dell'ossido di titanio è stata rimossa dal lato diurno dell'atmosfera del pianeta Kepler-13Ab. Senza il gas di ossido di titanio per assorbire la luce delle stelle in arrivo sul lato diurno, la temperatura atmosferica diventa più fredda con l'aumentare dell'altitudine.
Questa illustrazione mostra il pianeta bollente Kepler-13Ab che gira molto vicino alla sua stella ospite, Keplero-13A. Sullo sfondo c'è il compagno binario della stella, Keplero-13B, e il terzo membro del sistema a più stelle è la stella nana arancione Kepler-13C. Credito:NASA, ESA, e G. Bacon (STScI)
Gli astronomi suggeriscono che i potenti venti su Kepler-13Ab trasportano il gas di ossido di titanio in giro, condensandolo in scaglie cristalline che formano nuvole. La forte gravità superficiale di Kepler-13Ab, sei volte maggiore di quella di Giove, tira fuori la neve di ossido di titanio dall'atmosfera superiore e la intrappola nella bassa atmosfera sul lato notturno del pianeta.
"Capire cosa determina i climi di altri mondi è stato uno dei grandi enigmi dell'ultimo decennio, "ha detto Jason Wright, professore associato di astronomia alla Penn State, e uno dei coautori dello studio. "Vedere questo processo di trappola del freddo in azione ci fornisce un pezzo a lungo cercato e importante di quel puzzle".
Le osservazioni del team confermano una teoria di diversi anni fa secondo cui questo tipo di precipitazioni potrebbe verificarsi su massicce, pianeti caldi con una potente gravità. "Presumibilmente, questo processo di precipitazione sta avvenendo sulla maggior parte dei Giove caldi osservati, ma quei giganti gassosi hanno tutti gravità superficiale inferiore a Kepler-13Ab, " spiegò Beatty. "La neve di ossido di titanio non cade abbastanza lontano in quelle atmosfere, e poi viene riportato al lato più caldo del giorno, rivaporizza, e ritorna allo stato gassoso."
I ricercatori hanno utilizzato la Wide Field Camera 3 di Hubble per condurre osservazioni spettroscopiche dell'atmosfera dell'esopianeta alla luce del vicino infrarosso. Hubble ha fatto le osservazioni mentre il mondo lontano viaggiava dietro la sua stella, un evento di transito chiamato eclissi secondaria. Questo tipo di transito fornisce informazioni sulla temperatura dei componenti dell'atmosfera sul lato diurno dell'esopianeta.
"Queste osservazioni di Kepler-13Ab ci dicono come si formano condensati e nuvole nelle atmosfere di Giove molto caldi, e come la gravità influenzerà la composizione di un'atmosfera, " spiegò Beatty. "Quando si guardano questi pianeti, devi sapere non solo quanto sono caldi, ma anche qual è la loro gravità."
