Un team di astronomi guidati da AIP Ph.D. lo studente Engin Keles ha rilevato l'elemento chimico potassio nell'atmosfera di un esopianeta, per la prima volta con un significato schiacciante e applicando la spettroscopia ad alta risoluzione. Il Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument (PEPSI) presso il Large Binocular Telescope (LBT) in Arizona è stato utilizzato per studiare l'atmosfera sull'esopianeta simile a Giove HD189733b.

Fin dalle prime previsioni teoriche 20 anni fa, ci si aspettava che gli elementi chimici potassio e sodio fossero rilevabili nelle atmosfere dei "caldi Giove, " pianeti gassosi con temperature di poche migliaia di Kelvin che orbitano strettamente intorno a stelle lontane. Mentre il sodio è stato rilevato con osservazioni ad alta risoluzione già all'inizio, il potassio non era, che ha creato un puzzle per la chimica e la fisica atmosferica.

Gli elementi possono essere scoperti analizzando lo spettro di luce della stella di origine quando il pianeta le passa davanti visto dalla Terra. Diversi elementi causano specifici segnali di assorbimento nello spettro, linee scure, che suggeriscono la composizione chimica dell'atmosfera. Però, la presenza di nubi nelle calde atmosfere di Giove indebolisce fortemente qualsiasi caratteristica di assorbimento spettrale e quindi le rende molto difficili da rilevare. Anche per HD189733b, il Giove caldo meglio studiato, finora gli scienziati possedevano solo una conoscenza molto vaga e imprecisa dell'assorbimento del potassio. L'esopianeta, 64 anni luce di distanza e circa delle dimensioni di Giove, orbita intorno alla sua stella di origine, una gigante rossa, in 53 ore ed è 30 volte più vicino ad essa rispetto alla Terra al Sole. Aveva bisogno della capacità di raccolta della luce del 2x8, 4m LBT e l'elevata risoluzione spettrale della PEPSI per misurare definitivamente il potassio per la prima volta ad alta risoluzione negli strati atmosferici sopra le nuvole. Con queste nuove misurazioni, i ricercatori possono ora confrontare i segnali di assorbimento di potassio e sodio e quindi saperne di più su processi come la condensazione o la fotoionizzazione in queste atmosfere di esopianeti.

La tecnica che è stata applicata per questo studio presso LBT è chiamata spettroscopia di trasmissione. Richiede che l'esopianeta transiti davanti alla stella ospite. "Abbiamo preso una serie temporale di spettri di luce durante il transito e confrontato la profondità di assorbimento, "dice l'autore principale dello studio, Engin Keles, dottorato di ricerca studente presso AIP nel gruppo Fisica Stellare ed Esopianeti. "Durante il transito, abbiamo quindi rilevato la firma del potassio, che scomparve prima e dopo il transito come previsto, il che indica che l'assorbimento è indotto dall'atmosfera planetaria." Le indagini di altri gruppi hanno già tentato di rilevare il potassio sullo stesso pianeta extrasolare, però, o non è stato trovato nulla o ciò che è stato trovato era troppo debole per essere statisticamente significativo. Fino ad ora non c'è stata alcuna rilevazione significativa di potassio nelle osservazioni ad alta risoluzione per nessun esopianeta.

"Le nostre osservazioni hanno chiaramente fatto la svolta" sottolinea il co-leader del progetto Dr. Matthias Mallonn, che è assecondato dal ricercatore principale della PEPSI, il prof. Klaus Strassmeier:"PEPSI è adatto a questo compito grazie alla sua alta risoluzione spettrale che consente di raccogliere più fotoni per pixel da righe spettrali molto strette rispetto a qualsiasi altra combinazione telescopio-spettrografo". "Sia come spettrografo che come spettropolarimetro, PEPSI ha già dato contributi significativi alla fisica stellare, "aggiunge Christian Veillet, Direttore dell'Osservatorio LBT. "Questa forte rilevazione di potassio nell'atmosfera di un esopianeta afferma che la PEPSI è uno straordinario strumento per la caratterizzazione degli esopianeti, nonché una risorsa unica per i membri della comunità LBT".