Per la prima volta, gli astronomi hanno trovato prove inequivocabili di anidride carbonica nell'atmosfera di un esopianeta (un pianeta al di fuori del nostro sistema solare).

La scoperta, accettata per la pubblicazione su Natura e pubblicato online il 25 agosto, dimostra la potenza del James Webb Space Telescope (JWST) nel fornire osservazioni senza precedenti delle atmosfere degli esopianeti.

Natalie Batalha, professoressa di astronomia e astrofisica alla UC Santa Cruz, guida il team di astronomi che ha effettuato il rilevamento, utilizzando JWST per osservare un pianeta di massa Saturno chiamato WASP-39b che orbita molto vicino a una stella simile al sole a circa 700 luce- anni dalla Terra.

"Precedenti osservazioni di questo pianeta con Hubble e Spitzer ci avevano fornito suggerimenti allettanti sulla possibile presenza di anidride carbonica", ha detto Batalha. "I dati di JWST hanno mostrato una caratteristica inequivocabile dell'anidride carbonica che era così evidente che praticamente ci stava urlando contro."

L'anidride carbonica è un componente importante delle atmosfere dei pianeti del nostro sistema solare, che si trova su pianeti rocciosi come Marte e Venere, nonché su giganti gassosi come Giove e Saturno. Per i ricercatori di esopianeti, è importante sia come gas che potrebbero essere in grado di rilevare su piccoli pianeti rocciosi sia come indicatore dell'abbondanza complessiva di elementi pesanti nelle atmosfere dei pianeti giganti.

"Il biossido di carbonio è in realtà un metro molto sensibile, il migliore che abbiamo, per gli elementi pesanti nelle atmosfere dei pianeti giganti, quindi il fatto che possiamo vederlo così chiaramente è davvero fantastico", ha affermato il coautore Jonathan Fortney, professore di astronomia e astrofisica all'UCSC e direttore dell'Other Worlds Laboratory.

Le stelle e i pianeti giganti gassosi sono costituiti principalmente dagli elementi più leggeri, idrogeno ed elio, ma l'abbondanza di elementi più pesanti, ciò che gli astronomi chiamano "metallicità", è un fattore critico nella formazione dei pianeti, ha spiegato Fortney.

"La capacità di determinare la quantità di elementi pesanti in un pianeta è fondamentale per capire come si è formato e saremo in grado di utilizzare questo metro di anidride carbonica per un intero gruppo di esopianeti per costruire una comprensione completa della composizione del pianeta gigante ", ha detto.

Il team di Batalha ha osservato WASP-39b come parte di un programma JWST Early Release Science per studiare gli esopianeti in transito. Un pianeta in transito passa davanti alla sua stella vista dalla Terra, consentendo agli astronomi di analizzare la luce stellare che passa attraverso l'atmosfera del pianeta, dove gas come l'anidride carbonica assorbono determinate lunghezze d'onda della luce.

Utilizzando il Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) su JWST, il team ha ottenuto uno "spettro di trasmissione" ad alta risoluzione che mostra la luce trasmessa attraverso l'atmosfera di WASP-39b separata nelle sue lunghezze d'onda componenti. Batalha ha affermato che i dati hanno prodotto "curve di luce squisite" e hanno mostrato che lo strumento NIRSpec sta superando le aspettative per la spettroscopia di trasmissione. Questo fa ben sperare per le osservazioni di piccoli pianeti rocciosi, che dovrebbero contenere anidride carbonica nelle loro atmosfere (quando hanno atmosfere) ma non daranno un segnale forte come un pianeta gigante come WASP-39b.

"Questo rilevamento servirà come utile punto di riferimento di ciò che possiamo fare per rilevare l'anidride carbonica sui pianeti terrestri in futuro", ha affermato Batalha. "È il gas atmosferico più probabile che rileveremo con JWST in atmosfere di esopianeti di dimensioni terrestri."

Oltre all'anidride carbonica, i ricercatori hanno rilevato un'altra caratteristica interessante nello spettro di WASP-39b che non hanno ancora identificato. "Per ora è una caratteristica misteriosa", ha detto Batalha. "In questo documento, ci siamo concentrati su una gamma ristretta di colori a infrarossi:questa è solo un'anteprima delle funzionalità che ci aspettiamo di vedere nell'intero spettro."

Fortney ha notato che WASP-39b sembra avere una composizione simile a Saturno. La metallicità di Saturno è 10 volte quella del sole e anche WASP-39b sembra essere arricchito di elementi pesanti di circa 10 volte rispetto al sole.

"È super interessante e ci piacerebbe sapere se tutti i pianeti di massa di Saturno hanno la stessa metallicità", ha detto. "È stato emozionante vederlo in un altro sistema, perché non sapevamo cosa aspettarci quando siamo passati dai pianeti del nostro sistema solare alle atmosfere degli esopianeti".

Situato nella costellazione della Vergine, WASP-39b è più di 20 volte più vicino alla sua stella di quanto lo sia la Terra al sole. Sebbene abbia all'incirca la stessa massa di Saturno, è meno denso e circa il 50% più grande, probabilmente a causa del riscaldamento dovuto alla sua vicinanza alla stella ospite. Osservazioni precedenti hanno mostrato che ha cieli relativamente sereni, il che lo rende un buon bersaglio per la spettroscopia di trasmissione.

Quando i primi dati di JWST sono stati rilasciati a luglio, i ricercatori di esopianeti dell'UCSC stavano ospitando 45 astronomi in visita per l'annuale programma estivo Exoplanet dell'Altro Worlds Laboratory. "Eravamo tutti rannicchiati attorno al laptop per dare la nostra prima occhiata allo spettro e meravigliarci", ha detto Batalha. "È una sensazione tremenda, quasi euforica, vedere per la prima volta qualcosa che nessun altro essere umano ha mai visto prima:ecco di cosa tratta la scienza". + Esplora ulteriormente

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