Le nane brune, oggetti celesti che cadono tra stelle e pianeti, sono mostrate in questa illustrazione con una gamma di temperature, dalla più calda (a sinistra) alla più fredda (a destra). I due al centro rappresentano quelli nel giusto intervallo di temperatura per la formazione di nuvole fatte di silicati. Credito:NASA/JPL-Caltech
La maggior parte delle nuvole sulla Terra sono fatte di acqua, ma al di là del nostro pianeta arrivano in molte varietà chimiche. La parte superiore dell'atmosfera di Giove, ad esempio, è ricoperta da nuvole di colore giallo fatte di ammoniaca e idrosolfuro di ammonio. E sui mondi al di fuori del nostro sistema solare, ci sono nubi composte da silicati, la famiglia dei minerali che formano le rocce che costituiscono oltre il 90% della crosta terrestre. Ma i ricercatori non sono stati in grado di osservare le condizioni in cui si formano queste nuvole di piccoli granelli di polvere.
Un nuovo studio apparso negli Avvisi mensili della Royal Astronomical Society fornisce alcune informazioni:la ricerca rivela l'intervallo di temperatura in cui le nubi di silicato possono formarsi e sono visibili nella parte superiore dell'atmosfera di un pianeta lontano. La scoperta è stata derivata dalle osservazioni del telescopio spaziale Spitzer della NASA sulle nane brune, corpi celesti che si trovano tra pianeti e stelle, ma si inserisce in una comprensione più generale di come funzionano le atmosfere planetarie.
"Capire le atmosfere delle nane brune e dei pianeti in cui si possono formare nuvole di silicato può anche aiutarci a capire cosa vedremmo nell'atmosfera di un pianeta più vicino per dimensioni e temperatura alla Terra", ha affermato Stanimir Metchev, professore di studi sugli esopianeti alla Western Università di Londra, Ontario, e coautore dello studio.
Chimica torbida
I passaggi per realizzare qualsiasi tipo di cloud sono gli stessi. Per prima cosa, riscalda l'ingrediente chiave finché non diventa un vapore. Nelle giuste condizioni, quell'ingrediente potrebbe essere una varietà di cose, tra cui acqua, ammoniaca, sale o zolfo. Intrappolalo, raffreddalo quel tanto che basta perché si condensi e voilà:nuvole! Naturalmente, la roccia vaporizza a una temperatura molto più alta dell'acqua, quindi le nuvole di silicato sono visibili solo su mondi caldi, come le nane brune utilizzate per questo studio e alcuni pianeti al di fuori del nostro sistema solare.
Sebbene si formino come stelle, le nane brune non sono abbastanza massicce per avviare la fusione, il processo che fa brillare le stelle. Molte nane brune hanno atmosfere quasi indistinguibili da quelle di pianeti dominati dal gas, come Giove, quindi possono essere usate come proxy per quei pianeti.
Le nubi di silicato possono essere visibili nelle atmosfere di nane brune, ma solo quando la nana bruna è più fredda di circa 3.100 gradi Fahrenheit (circa 1.700 gradi Celsius) e più calda di 1.900 F (1.000 C). Troppo caldo, e le nuvole si vaporizzano; troppo freddo e si trasformano in pioggia o sprofondano più in basso nell'atmosfera. Credito:NASA/JPL-Caltech
Prima di questo studio, i dati di Spitzer suggerivano già la presenza di nubi di silicato in una manciata di atmosfere di nane brune. (Il James Webb Space Telescope della NASA sarà in grado di confermare questi tipi di nuvole su mondi lontani.) Questo lavoro è stato svolto durante i primi sei anni della missione Spitzer (lanciata nel 2003), quando il telescopio utilizzava tre strumenti raffreddati criogenicamente. In molti casi, tuttavia, le prove di nubi di silicato sulle nane brune osservate da Spitzer erano troppo deboli per resistere da sole.
Per quest'ultima ricerca, gli astronomi hanno raccolto più di 100 di quelle rilevazioni marginali e le hanno raggruppate in base alla temperatura della nana bruna. Tutti rientravano nell'intervallo di temperatura previsto per il punto in cui dovrebbero formarsi le nuvole di silicato:tra circa 1.900 gradi Fahrenheit (circa 1.000 gradi Celsius) e 3.100 F (1.700 C). Sebbene i singoli rilevamenti siano marginali, insieme rivelano un tratto definitivo delle nubi di silicato.
"Abbiamo dovuto scavare attraverso i dati di Spitzer per trovare queste nane brune dove c'era qualche indicazione di nubi di silicato, e non sapevamo davvero cosa avremmo trovato", ha detto Genaro Suárez, ricercatore post-dottorato presso la Western University e autore principale di il nuovo studio. "Siamo rimasti molto sorpresi di quanto sia stata forte la conclusione una volta che abbiamo avuto i dati giusti da analizzare."
In atmosfere più calde dell'estremità superiore dell'intervallo identificato nello studio, i silicati rimangono un vapore. Al di sotto dell'estremità inferiore, le nuvole si trasformeranno in pioggia o affonderanno più in basso nell'atmosfera, dove la temperatura è più alta.
In effetti, i ricercatori pensano che le nubi di silicato esistano nelle profondità dell'atmosfera di Giove, dove la temperatura è molto più alta di quella in alto, a causa della pressione atmosferica. Le nubi di silicato non possono salire più in alto, perché a temperature più basse i silicati si solidificheranno e non rimarranno sotto forma di nubi. Se la parte superiore dell'atmosfera fosse di migliaia di gradi più calda, le nubi di ammoniaca e idrosolfuro di ammonio del pianeta si vaporizzerebbero e le nubi di silicato potrebbero potenzialmente salire verso l'alto.
Gli scienziati stanno trovando un serraglio sempre più vario di ambienti planetari nella nostra galassia. Ad esempio, hanno trovato pianeti con un lato permanentemente rivolto verso la loro stella e l'altro permanentemente in ombra, un pianeta in cui potrebbero essere visibili nuvole di diversa composizione, a seconda del lato osservato. Per comprendere quei mondi, gli astronomi dovranno prima comprendere i meccanismi comuni che li modellano. + Esplora ulteriormente
