Figura 1:Confronto tra il nostro sistema solare (in alto) e il sistema planetario WASP-33 (in basso). Le distanze dei pianeti nel Sistema Solare non sono in scala. WASP-33b è molto più vicino alla sua stella ospite di quanto Mercurio sia al Sole; ha una temperatura elevata di 2500 gradi Celsius a causa delle radiazioni estreme della sua stella ospite. Un lato di WASP-33b è costantemente rivolto verso la sua stella ospite, simile a come lo stesso lato della Luna è sempre rivolto verso la Terra. Credito:WP, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons (in alto), Centro di Astrobiologia (in basso))
Una collaborazione internazionale di astronomi guidata da un ricercatore dell'Astrobiology Center e della Queen's University di Belfast ha rilevato una nuova firma chimica nell'atmosfera di un pianeta extrasolare, ovvero, un pianeta che orbita intorno a una stella diversa dal nostro sole. Il radicale idrossile (OH) è stato trovato sul lato diurno dell'esopianeta WASP-33b. Questo pianeta è un cosiddetto "Giove ultra-caldo", " un pianeta gigante gassoso che orbita intorno alla sua stella ospite molto più vicino di Mercurio orbita attorno al sole (Figura 1) e quindi raggiunge temperature atmosferiche di oltre 2500 gradi C (abbastanza calde da fondere la maggior parte dei metalli). Il ricercatore capo con sede presso il Centro di Astrobiologia e Queen's University di Belfast, Dott. Stevanus Nugroho, dice, "Questa è la prima prova diretta di OH nell'atmosfera di un pianeta oltre il sistema solare. Mostra non solo che gli astronomi possono rilevare questa molecola nelle atmosfere degli esopianeti, ma anche che possono iniziare a capire la chimica dettagliata di questa popolazione planetaria."
Nell'atmosfera terrestre, L'OH è prodotto principalmente dalla reazione del vapore acqueo con l'ossigeno atomico. È un cosiddetto "detergente atmosferico" e svolge un ruolo cruciale nell'atmosfera terrestre per eliminare i gas inquinanti pericolosi per la vita (ad esempio metano, monossido di carbonio). In un pianeta molto più caldo e più grande come WASP-33b (Figura 2, dove gli astronomi hanno precedentemente rilevato segni di ferro e gas di ossido di titanio) OH svolge un ruolo chiave nel determinare la chimica dell'atmosfera attraverso le interazioni con il vapore acqueo e il monossido di carbonio. Si pensa che la maggior parte dell'OH nell'atmosfera di WASP-33b sia stata prodotta dalla distruzione del vapore acqueo a causa della temperatura estremamente elevata. "Vediamo solo un segnale provvisorio e debole dal vapore acqueo nei nostri dati, che sosterrebbe l'idea che l'acqua venga distrutta per formare idrossili in questo ambiente estremo, " spiega il dottor Ernst de Mooij della Queen's University di Belfast, un coautore di questo studio.
Per fare questa scoperta, il team ha utilizzato lo strumento InfraRed Doppler (IRD) al telescopio Subaru di 8,2 metri di diametro situato nell'area sommitale di Maunakea alle Hawaii (circa 4, 200 m sul livello del mare). Questo nuovo strumento può rilevare atomi e molecole attraverso le loro "impronte digitali spettrali, " set unici di caratteristiche di assorbimento scuro sovrapposte all'arcobaleno di colori (o spettro) emesso da stelle e pianeti. Mentre il pianeta orbita intorno alla sua stella ospite, la sua velocità rispetto alla Terra cambia con il tempo. Proprio come la sirena di un'ambulanza o il rombo del motore di un'auto da corsa sembra cambiare tono mentre sfreccia davanti a noi, le frequenze della luce (cioè il colore) di queste impronte spettrali cambiano con la velocità del pianeta. Questo ci permette di separare il segnale del pianeta dalla sua brillante stella ospite, che normalmente travolge tali osservazioni, nonostante i moderni telescopi non siano neanche lontanamente abbastanza potenti da catturare immagini dirette di questi esopianeti "caldi di Giove".
Figura 2:Rappresentazione artistica di un esopianeta "Giove ultra-caldo", WASP-33b. Credito:Centro di astrobiologia
"La scienza dei pianeti extrasolari è relativamente nuova, e un obiettivo chiave dell'astronomia moderna è esplorare in dettaglio le atmosfere di questi pianeti e alla fine cercare esopianeti "simili alla Terra", pianeti simili ai nostri. Ogni nuova specie atmosferica scoperta migliora ulteriormente la nostra comprensione degli esopianeti e le tecniche necessarie per studiare le loro atmosfere, e ci avvicina a questo obiettivo" afferma il Dr. Neale Gibson, assistente professore al Trinity College di Dublino e coautore di questo lavoro. Sfruttando le capacità uniche di IRD, gli astronomi sono stati in grado di rilevare il minuscolo segnale proveniente dall'idrossile nell'atmosfera del pianeta. "IRD è lo strumento migliore per studiare l'atmosfera di un esopianeta nell'infrarosso, " aggiunge il Prof. Motohide Tamura, uno dei principali ricercatori dell'IRD, Direttore del Centro di Astrobiologia, e coautore di questo lavoro.
"Queste tecniche per la caratterizzazione atmosferica degli esopianeti sono ancora applicabili solo a pianeti molto caldi, ma vorremmo sviluppare ulteriormente strumenti e tecniche che ci permettano di applicare questi metodi a pianeti più freddi, e alla fine, a una seconda Terra, "dice il dottor Hajime Kawahara, professore assistente presso l'Università di Tokyo e coautore di questo lavoro.
Prof. Chris Watson (QUB) della Queen's University Belfast, coautore di questo studio, continua, "Mentre WASP-33b può essere un pianeta gigante, queste osservazioni sono il banco di prova per le strutture di prossima generazione come il Thirty Meter Telescope e l'European Extremely Large Telescope nella ricerca di biofirme su mondi più piccoli e potenzialmente rocciosi, che potrebbe fornire spunti a una delle domande più antiche dell'umanità, "Siamo soli?'"
Questi risultati sono stati pubblicati nel Lettere per riviste astrofisiche il 23 marzo, 2021.
