Nella costellazione della Vergine, a 700 anni luce dalla Terra, il pianeta WASP-39b orbita attorno alla stella WASP-39. Il gigante gassoso, che impiega poco più di quattro giorni per completare un’orbita, è uno degli esopianeti meglio studiati. Poco dopo la sua messa in servizio nel luglio 2022, il telescopio spaziale James Webb della NASA ha rivolto il suo sguardo ad alta precisione al lontano pianeta.
I dati hanno rivelato prove di grandi quantità di vapore acqueo, metano e persino, per la prima volta, anidride carbonica nell’atmosfera di WASP-39b. Una piccola sensazione, ma c'è ancora un neo:i ricercatori non sono ancora riusciti a riprodurre tutti i dettagli cruciali delle osservazioni nei calcoli del modello. Ciò ostacola un'analisi ancora più precisa dei dati.
Nel nuovo studio condotto dall’MPS, gli autori, tra cui ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (Stati Uniti), dello Space Telescope Science Institute (Stati Uniti), della Keele University (Regno Unito) e dell’Università di Heidelberg (Germania), mostrano un modo per superare questo ostacolo.
"I problemi che sorgono durante l'interpretazione dei dati di WASP-39b sono ben noti per molti altri esopianeti, indipendentemente dal fatto che siano osservati con Kepler, TESS, James Webb o con la futura navicella spaziale PLATO", spiega la scienziata MPS Dr. Nadiia Kostogryz, prima autrice del nuovo studio. "Come per altre stelle attorno alle quali orbitano esopianeti, la curva di luce osservata di WASP-39 è più piatta di quanto i modelli precedenti possano spiegare."
I ricercatori definiscono una curva di luce come una misurazione della luminosità di una stella su un periodo di tempo più lungo. La luminosità di una stella fluttua costantemente, ad esempio, perché è soggetta a fluttuazioni naturali. Anche gli esopianeti possono lasciare tracce nella curva di luce. Se un pianeta extrasolare passa davanti alla sua stella vista da un osservatore, attenua la luce stellare.
Ciò si riflette nella curva della luce come un calo di luminosità che si ripete regolarmente. Valutazioni precise di tali curve forniscono informazioni sulla dimensione e sul periodo orbitale del pianeta. I ricercatori possono anche ottenere informazioni sulla composizione dell'atmosfera del pianeta se la luce della stella viene suddivisa nelle sue diverse lunghezze d'onda o colori.
Uno sguardo ravvicinato alla distribuzione della luminosità di una stella
Il lembo di una stella, il bordo del disco stellare, gioca un ruolo decisivo nell'interpretazione della sua curva di luce. Esattamente come nel caso del sole, il lembo appare all'osservatore più scuro rispetto alla zona interna. Ma in realtà la stella non brilla meno intensamente più lontano. "Poiché la stella è una sfera e la sua superficie è curva, osserviamo gli strati più alti e quindi più freddi al lembo che al centro", spiega il coautore e direttore dell'MPS, Prof. Dr. Laurent Gizon. "Questa zona ci appare quindi più buia", aggiunge.
È noto che l'oscuramento dei bordi influenza l'esatta forma del segnale dell'esopianeta nella curva di luce:l'oscuramento determina quanto ripidamente la luminosità di una stella diminuisce durante un transito planetario e poi aumenta di nuovo. Tuttavia, non è stato possibile riprodurre accuratamente i dati osservativi utilizzando i modelli convenzionali dell’atmosfera stellare. La diminuzione della luminosità è stata sempre meno brusca di quanto suggerito dai calcoli del modello.
"Era chiaro che ci mancava un pezzo cruciale del puzzle per comprendere con precisione il segnale degli esopianeti", afferma il direttore dell'MPS, Prof. Dr. Sami Solanki, coautore dello studio attuale.
Come mostrano i calcoli pubblicati oggi, il pezzo mancante del puzzle è il campo magnetico stellare. Come il Sole, molte stelle generano un campo magnetico nel profondo del loro interno attraverso enormi flussi di plasma caldo. Per la prima volta, i ricercatori sono stati in grado di includere il campo magnetico nei loro modelli di oscuramento degli arti.
Potrebbero dimostrare che la forza del campo magnetico ha un effetto importante:l'oscuramento dei bordi è pronunciato nelle stelle con un campo magnetico debole, mentre è più debole in quelle con un campo magnetico forte.
I ricercatori sono stati anche in grado di dimostrare che la discrepanza tra i dati osservativi e i calcoli del modello scompare se il campo magnetico della stella viene incluso nei calcoli. A tal fine, il team si è rivolto a dati selezionati del telescopio spaziale Kepler della NASA, che ha catturato la luce di migliaia e migliaia di stelle dal 2009 al 2018.
Nella prima fase, gli scienziati hanno modellato l'atmosfera delle tipiche stelle Keplero in presenza di un campo magnetico. In una seconda fase, hanno poi generato dati osservativi “artificiali” da questi calcoli. Confrontando i dati reali mostrati, includendo il campo magnetico, i dati di Keplero vengono riprodotti con successo.
Il team ha anche esteso le sue considerazioni ai dati del James Webb Space Telescope. Il telescopio è in grado di scomporre la luce delle stelle lontane nelle sue varie lunghezze d'onda e cercare così i segni caratteristici di alcune molecole nell'atmosfera dei pianeti scoperti.
A quanto pare, il campo magnetico della stella madre influenza l'oscuramento del lembo stellare in modo diverso a diverse lunghezze d'onda e, pertanto, dovrebbe essere preso in considerazione nelle valutazioni future per ottenere risultati ancora più precisi.
"Negli ultimi decenni e anni, il modo per andare avanti nella ricerca sugli esopianeti era migliorare l'hardware, i telescopi spaziali progettati per cercare e caratterizzare nuovi mondi. Il telescopio spaziale James Webb ha spinto questo sviluppo verso nuovi limiti", afferma il dott. Alexander Shapiro, coautore dello studio attuale e capo di un gruppo di ricerca presso l'MPS. "Il prossimo passo ora è migliorare e perfezionare i modelli per interpretare questi dati eccellenti", aggiunge.
Per far avanzare ulteriormente questo sviluppo, i ricercatori vogliono ora estendere le loro analisi a stelle chiaramente diverse dal Sole. Inoltre, le loro scoperte offrono la possibilità di utilizzare le curve di luce delle stelle con esopianeti per dedurre la forza del campo magnetico stellare, che altrimenti sarebbe spesso difficile da misurare.
La ricerca è pubblicata sulla rivista Nature Astronomy .
Ulteriori informazioni: Nadiia M. Kostogryz et al, Origine magnetica della discrepanza tra modelli di oscuramento dei bordi stellari e osservazioni, Astronomia naturale (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02252-5
Informazioni sul giornale: Astronomia naturale
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