Gli astronomi hanno raccolto alcuni dei migliori dati finora sulla composizione di un pianeta noto come HR 8799c, un giovane pianeta gassoso gigante di circa 7 volte la massa di Giove che orbita attorno alla sua stella ogni 200 anni.

Il team ha utilizzato una strumentazione all'avanguardia presso l'Osservatorio W.M. Keck a Maunakea, Hawaii per confermare l'esistenza dell'acqua nell'atmosfera del pianeta, così come la mancanza di metano.

Mentre altri ricercatori avevano precedentemente effettuato misurazioni simili di questo pianeta, questi nuovi, dati più robusti dimostrano il potere di combinare la spettroscopia ad alta risoluzione con una tecnica nota come ottica adattiva, che corregge l'effetto sfocato dell'atmosfera terrestre.

"Questo tipo di tecnologia è esattamente ciò che vogliamo utilizzare in futuro per cercare segni di vita su un pianeta simile alla Terra. Non siamo ancora arrivati ​​ma stiamo marciando avanti, "dice Dimitri Mawet, professore associato di astronomia al Caltech e ricercatore scientifico al JPL, che Caltech gestisce per la NASA.

Mawet è co-autore di un nuovo articolo sui risultati pubblicato oggi in Giornale Astronomico . L'autore principale è Ji Wang, ex borsista post-dottorato al Caltech e ora assistente professore alla Ohio State University.

Scattare foto di pianeti che orbitano attorno ad altre stelle, gli esopianeti, è un compito formidabile. La luce delle stelle ospiti eclissa di gran lunga i pianeti, rendendoli difficili da vedere.

Finora sono stati ripresi direttamente più di una dozzina di esopianeti, compreso HR 8799c e tre dei suoi compagni planetari. Infatti, HR 8799 è l'unico sistema multi-pianeta a cui è stata scattata una foto. Scoperto utilizzando l'ottica adattiva sul telescopio Keck II, le immagini dirette di HR8799 sono le prime in assoluto di un sistema planetario in orbita attorno a una stella diversa dal nostro sole.

Una volta ottenuta un'immagine, gli astronomi possono usare strumenti, chiamati spettrometri, per spezzare la luce del pianeta, come un prisma che trasforma la luce del sole in un arcobaleno, rivelando così le impronte digitali dei prodotti chimici. Finora, questa strategia è stata utilizzata per conoscere le atmosfere di diversi esopianeti giganti.

Il prossimo passo è fare la stessa cosa solo per i pianeti più piccoli che sono più vicini alle loro stelle (più un pianeta è vicino alla sua stella e più piccola è la sua dimensione, più è difficile da vedere).

L'obiettivo finale è cercare sostanze chimiche nelle atmosfere di pianeti simili alla Terra che orbitano nella "zona abitabile" della stella, comprese eventuali biofirme che potrebbero indicare la vita, come l'acqua, ossigeno, e metano.

Il gruppo di Mawet spera di fare proprio questo con uno strumento sul prossimo Thirty Meter Telescope, un gigantesco telescopio pianificato per la fine degli anni 2020 da diversi partner nazionali e internazionali, compreso Caltech.

Ma per ora, gli scienziati stanno perfezionando la loro tecnica usando l'Osservatorio Keck e, nel processo, conoscere le composizioni e le dinamiche dei pianeti giganti.

"Proprio adesso, con Keck, possiamo già conoscere la fisica e la dinamica di questi giganti pianeti esotici, che non sono come i pianeti del nostro sistema solare, "dice Wang.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno utilizzato uno strumento sul telescopio Keck II chiamato NIRSPEC (spettrografo echelle criogenico nel vicino infrarosso), uno spettrometro ad alta risoluzione che funziona a luce infrarossa.

Hanno accoppiato lo strumento con la potente ottica adattiva dell'Osservatorio Keck, un metodo per creare immagini più nitide utilizzando una stella guida nel cielo come mezzo per misurare e correggere la turbolenza sfocata dell'atmosfera terrestre.

Questa è la prima volta che la tecnica è stata dimostrata su pianeti direttamente ripresi usando la cosiddetta banda L, un tipo di luce infrarossa con una lunghezza d'onda di circa 3,5 micrometri, and a region of the spectrum with many detailed chemical fingerprints.

"The L-band has gone largely overlooked before because the sky is brighter at this wavelength, " says Mawet. "If you were an alien with eyes tuned to the L-band, you'd see an extremely bright sky. It's hard to see exoplanets through this veil."

The researchers say that the addition of adaptive optics made the L-band more accessible for the study of the planet HR 8799c. Nel loro studio, they made the most precise measurements yet of the atmospheric constituents of the planet, confirming it has water and lacks methane as previously thought.

"We are now more certain about the lack of methane in this planet, " says Wang. "This may be due to mixing in the planet's atmosphere. The methane, which we would expect to be there on the surface, could be diluted if the process of convection is bringing up deeper layers of the planet that don't have methane."

The L-band is also good for making measurements of a planet's carbon-to-oxygen ratio—a tracer of where and how a planet forms. Planets form out of swirling disks of material around stars, specifically from a mix of hydrogen, ossigeno, and carbon-rich molecules, come l'acqua, monossido di carbonio, and methane.

These molecules freeze out of the planet-forming disks at different distances from the star—at boundaries called snowlines. By measuring a planet's carbon-to-oxygen ratio, astronomers can thus learn about its origins.

Mawet's team is now gearing up to turn on their newest instrument at Keck Observatory, called the Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC). It will also use adaptive optics-aided high-resolution spectroscopy but can see planets that are fainter than HR 8799c and closer to their stars.

"KPIC is a springboard to our future Thirty Meter Telescope instrument, " says Mawet. "For now, we are learning a great deal about the myriad ways in which planets in our universe form."