Ad aprile 2018, La NASA ha lanciato il Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Il suo obiettivo principale è individuare pianeti delle dimensioni della Terra e "super-Terre" più grandi in orbita attorno a stelle vicine per ulteriori studi. Uno degli strumenti più potenti che esaminerà le atmosfere di alcuni pianeti scoperti da TESS sarà il James Webb Space Telescope della NASA. Dal momento che osservare piccoli esopianeti con atmosfere sottili come la Terra sarà una sfida per Webb, gli astronomi prenderanno di mira più facilmente, esopianeti giganti gassosi prima.

Alcune delle prime osservazioni di Webb di esopianeti giganti gassosi saranno condotte attraverso il programma Discretionary Early Release Science del Direttore. Il team del progetto sugli esopianeti in transito presso il centro operativo scientifico di Webb sta pianificando di condurre tre diversi tipi di osservazioni che forniranno sia nuove conoscenze scientifiche sia una migliore comprensione delle prestazioni degli strumenti scientifici di Webb.

"Abbiamo due obiettivi principali. Il primo è portare set di dati di esopianeti in transito da Webb alla comunità astronomica il prima possibile. Il secondo è fare una grande scienza in modo che gli astronomi e il pubblico possano vedere quanto sia potente questo osservatorio, " ha detto Jacob Bean dell'Università di Chicago, un investigatore co-principale sul progetto esopianeta in transito.

"L'obiettivo del nostro team è fornire conoscenze e approfondimenti critici alla comunità astronomica che aiuteranno a catalizzare la ricerca sugli esopianeti e a sfruttare al meglio Webb nel tempo limitato che abbiamo a disposizione, " ha aggiunto Natalie Batalha del NASA Ames Research Center, ricercatore principale del progetto.

Transito:uno spettro atmosferico

Quando un pianeta attraversa di fronte, o transiti, la sua stella ospite, la luce della stella viene filtrata attraverso l'atmosfera del pianeta. Le molecole nell'atmosfera assorbono determinate lunghezze d'onda, o colori, di luce. Dividendo la luce della stella in uno spettro arcobaleno, gli astronomi possono rilevare quelle sezioni di luce mancante e determinare quali molecole ci sono nell'atmosfera del pianeta.

Per queste osservazioni, il team di progetto ha selezionato WASP-79b, un pianeta delle dimensioni di Giove situato a circa 780 anni luce dalla Terra. Il team prevede di rilevare e misurare l'abbondanza di acqua, monossido di carbonio, e anidride carbonica in WASP-79b. Webb potrebbe anche rilevare nuove molecole non ancora viste nelle atmosfere degli esopianeti.

Curva di fase:una mappa meteorologica

I pianeti che orbitano molto vicino alle loro stelle tendono a bloccarsi in base alle maree. Un lato del pianeta è rivolto permanentemente alla stella mentre l'altro lato è rivolto lontano, proprio come un lato della Luna è sempre rivolto verso la Terra. Quando il pianeta è davanti alla stella, vediamo il suo lato più freddo. Ma mentre orbita intorno alla stella, sempre di più il lato caldo del giorno viene in vista. Osservando un'intera orbita, gli astronomi possono osservare queste variazioni (chiamate curva di fase) e utilizzare i dati per mappare la temperatura del pianeta, nuvole, e chimica in funzione della longitudine.

Il team osserverà una curva di fase del "Giove caldo" noto come WASP-43b, che orbita intorno alla sua stella in meno di 20 ore. Osservando le diverse lunghezze d'onda della luce, possono campionare l'atmosfera a diverse profondità e ottenere un quadro più completo della sua struttura. "Abbiamo già visto variazioni drammatiche e inaspettate per questo pianeta con Hubble e Spitzer. Con Webb riveleremo queste variazioni in modo significativamente più dettagliato per comprendere i processi fisici che sono responsabili, " disse Fagiolo.

Eclipse:il bagliore di un pianeta

La sfida più grande quando si osserva un esopianeta è che la luce della stella è molto più brillante, inondando la debole luce del pianeta. Per aggirare questo problema, un metodo è osservare un pianeta in transito quando scompare dietro la stella, non quando attraversa davanti alla stella. Confrontando le due misurazioni, una presa quando sono visibili sia la stella che il pianeta, e l'altro quando solo la stella è in vista, gli astronomi possono calcolare quanta luce proviene dal solo pianeta.

Questa tecnica funziona meglio per i pianeti molto caldi che brillano intensamente alla luce infrarossa. Il team prevede di studiare WASP-18b, un pianeta che viene cotto a una temperatura di quasi 4, 800 gradi Fahrenheit (2, 900K). Tra le altre domande, sperano di determinare se la stratosfera del pianeta esiste a causa della presenza di ossido di titanio, ossido di vanadio, o qualche altra molecola.

Pianeti abitabili

In definitiva, gli astronomi vogliono usare Webb per studiare pianeti potenzialmente abitabili. In particolare, Webb prenderà di mira i pianeti in orbita attorno alle stelle nane rosse poiché quelle stelle sono più piccole e più scure, rendendo più facile estrarre il segnale da un pianeta in orbita. Le nane rosse sono anche le stelle più comuni nella nostra galassia.

"TESS dovrebbe localizzare più di una dozzina di pianeti in orbita nelle zone abitabili delle nane rosse, alcuni dei quali potrebbero essere effettivamente abitabili. Vogliamo sapere se quei pianeti hanno atmosfere e sarà Webb a dircelo, ", ha affermato Kevin Stevenson dello Space Telescope Science Institute, un co-investigatore principale del progetto. "I risultati contribuiranno notevolmente a rispondere alla domanda se le condizioni favorevoli alla vita siano comuni nella nostra galassia".