Queste viste simulate dell'ultrahot Jupiter WASP-121b mostrano come potrebbe apparire il pianeta all'occhio umano da cinque diversi punti di osservazione, ciascuno illuminato in gradi diversi dalla sua stella madre. Le immagini sono state realizzate con una simulazione al computer utilizzata per aiutare gli scienziati a comprendere le atmosfere di questi pianeti. I Jupiter ultracaldi non riflettono quasi la luce, molto simile al carbone. Però, le loro giornate hanno temperature comprese tra 3, 600 F e 5, 400 F, così producono il proprio bagliore come una brace ardente. Il colore arancione in questa immagine simulata deriva quindi dal calore stesso del pianeta. Credito:NASA/JPL-Caltech/Vivien Parmentier/Università di Aix-Marseille (AMU)
Recenti osservazioni dei telescopi spaziali Hubble e Spitzer della NASA di pianeti ultracaldi simili a Giove hanno lasciato perplessi i teorici. Gli spettri di questi pianeti hanno suggerito che abbiano composizioni esotiche e improbabili.
Però, un nuovo studio appena pubblicato da un gruppo di ricerca che include l'astrofisico dell'Arizona State University Michael Line, un assistente professore nella School of Earth and Space Exploration dell'ASU, propone una spiegazione:che questi pianeti ricchi di gas hanno composizioni sostanzialmente normali, seguendo ciò che è noto sulla formazione dei pianeti. Ciò che è diverso in loro è che le atmosfere sui loro lati diurni assomigliano più all'atmosfera di una stella che a quella di un pianeta.
"Interpretare gli spettri del più caldo di questi pianeti simili a Giove ha posto per anni un rompicapo spinoso per i ricercatori, " ha detto la linea.
Il più grande enigma è perché il vapore acqueo sembra mancare nelle atmosfere di questi mondi, quando è abbondante in pianeti simili ma leggermente più freddi.
Secondo il nuovo studio, i Giove ultracaldi possiedono infatti gli ingredienti per l'acqua (atomi di idrogeno e ossigeno). Ma a causa della forte radiazione sui lati diurni del pianeta, le temperature sono abbastanza alte da far sì che le molecole d'acqua vengano completamente distrutte.
Con Giove ultracaldi che orbitano estremamente vicini alle loro stelle, un lato del pianeta guarda perennemente alla stella, mentre il lato notturno è attanagliato da un'oscurità infinita.
Le temperature diurne raggiungono tra 3, da 600 a 5, 400 gradi Fahrenheit (2, 000 a 3, 000 gradi Celsius), classifica Giove ultrahot tra gli esopianeti più caldi conosciuti. E le temperature notturne sono intorno a 1, 800 gradi Fahrenheit più fresco.
Ibridi stella-pianeta
Nel crescente catalogo di pianeti al di fuori del nostro sistema solare, noti come esopianeti, i Giove ultracaldi si sono distinti come una classe distinta per circa un decennio.
"I lati di questi mondi sono fornaci che sembrano più un'atmosfera stellare che un'atmosfera planetaria, "ha detto Vivien Parmentier, astrofisico dell'Università di Aix Marseille in Francia e autore principale del nuovo studio pubblicato su Astronomia e Astrofisica . "In questo modo, i Giove ultracaldi si estendono come pensiamo che dovrebbero apparire i pianeti".
Mentre telescopi come Spitzer e Hubble possono raccogliere alcune informazioni sui lati diurni di Giove ultracaldi, i loro lati notturni sono difficili da sondare per gli strumenti attuali.
Gli esopianeti simili a Giove sono costituiti per il 99% da idrogeno molecolare ed elio con quantità minori di acqua e altre molecole. Ma ciò che mostrano i loro spettri dipende fortemente dalla temperatura. I pianeti da caldo a caldo formano nuvole di minerali, mentre i pianeti più caldi producono molecole di ossido di titanio che assorbono la luce delle stelle. Tuttavia, per comprendere gli spettri ultracaldi di Giove, il team di ricerca ha dovuto ricorrere a processi più comuni nelle stelle. Credito:Michael Line/ASU
Il nuovo documento propone un modello per ciò che potrebbe accadere sia sul lato illuminato che su quello oscuro di questi pianeti. Il modello si basa in gran parte su osservazioni e analisi di tre studi pubblicati di recente, coautore di Parmentier, Linea, e altri, che si concentrano su tre Giove ultracaldi, WASP-103b, WASP-18b, e HAT-P-7b.
Il nuovo studio suggerisce che i forti venti spinti dal riscaldamento possono far esplodere le molecole d'acqua distrutte negli emisferi notturni più freddi dei pianeti. Lì gli atomi possono ricombinarsi in molecole e condensarsi in nuvole, tutto prima di tornare alla deriva nel giorno per essere di nuovo fatto a pezzi.
Somiglianza di famiglia?
Gli Hot Jupiters sono stati il primo tipo di esopianeta ampiamente scoperto, a partire dalla metà degli anni '90. Questi sono i cugini più cool degli ultracaldi Jupiter, con temperature diurne inferiori a 3, 600 gradi Fahrenheit (2, 000 gradi Celsius).
L'acqua ha dimostrato di essere comune nelle loro atmosfere, e così quando si cominciarono a trovare Giove ultracaldi, gli astronomi si aspettavano che mostrassero l'acqua anche nelle loro atmosfere. Ma l'acqua si è rivelata mancante sui loro lati diurni facilmente osservabili, che ha portato i teorici a cercare alternative, anche esotico, composizioni.
Un'ipotesi sul motivo per cui l'acqua è apparsa assente nei Giove ultracaldi è stata che questi pianeti devono essersi formati con livelli molto elevati di carbonio anziché di ossigeno. Eppure questa idea non poteva spiegare le tracce d'acqua a volte rilevate al confine tra lato giorno e lato notte.
Per rompere l'impasse, il team di ricerca ha preso spunto da modelli fisici consolidati di atmosfere stellari, così come "stelle mancate, "conosciute come nane brune, le cui proprietà si sovrappongono in qualche modo ai Giove caldi e ultracaldi.
"Insoddisfatto delle composizioni estreme, abbiamo riflettuto più a lungo sul problema, Line ha detto. "Poi ci siamo resi conto che molte interpretazioni precedenti mancavano di alcune chiavi fisiche e chimiche che si verificano a queste temperature ultracalde".
Il team ha adattato un modello di nana bruna sviluppato da Mark Marley, uno dei coautori del documento e ricercatore presso l'Ames Research Center della NASA nella Silicon Valley, California, al caso di Giove ultracaldi. Trattare le atmosfere di Giove ultracaldi più come stelle ardenti che come pianeti convenzionalmente più freddi ha offerto un modo per dare un senso alle osservazioni di Spitzer e Hubble.
"Con questi studi, stiamo portando alcune delle conoscenze secolari acquisite dallo studio dell'astrofisica delle stelle, al nuovo campo di indagine sulle atmosfere esoplanetarie, " Disse Parmentier.
"Il nostro ruolo in questa ricerca è stato quello di prendere gli spettri osservati di questi pianeti e modellare attentamente la loro fisica, " Line ha detto. "Questo ci ha mostrato come produrre gli spettri osservati utilizzando gas che hanno maggiori probabilità di essere presenti in condizioni estreme. Questi pianeti non hanno bisogno di composizioni esotiche o percorsi insoliti per realizzarli".
