Il telescopio James Webb rivela nubi di quarzo nell’atmosfera di un pianeta extrasolare

Il festival delle scoperte con il James Webb Space Telescope (JWST) non delude, anche se Hubert Reeves purtroppo non è più con noi per commentarle. Questa volta, come spiegato in un comunicato stampa della NASA, il successore di Hubble ha messo gli occhi su WASP-17 b, uno dei tre esopianeti presi di mira dal programma di ricerca Dreams (Esplorazione profonda delle atmosfere esoplanetarie) che è progettato per compilare una serie completa di osservazioni di un rappresentante di ciascuna principale classe di esopianeti: Giove caldo, Nettuno caldo e pianeta roccioso temperato.

WASP-17 b è un Giove caldo, situato a circa 1.300 anni luce dalla Terra, e localizzato nel medio infrarosso utilizzando lo strumento Merry (Strumento web nel medio infrarosso) David Grant, ricercatore dell’Università di Bristol nel Regno Unito, è stato colui che ha fatto questa scoperta insieme ai suoi colleghi. Scoperta pubblicata in un articolo diLettere del diario astrofisico Che si può leggere liberamente arXiv.

« Eravamo felici! Sapevamo dalle osservazioni di Hubble che dovevano esserci degli aerosol – minuscole particelle che formano nuvole o nebbia – nell’atmosfera di WASP-17 b, ma non ci aspettavamo che fossero quarzo. », spiega l’astrofisico in un comunicato stampa della NASA.

« Ci aspettavamo pienamente di vedere il silicato di magnesio. Ma ciò che vediamo invece sono probabilmente gli elementi costitutivi di queste particelle, le minuscole particelle “seme” necessarie per formare i grani di silicato più grandi che rileviamo negli esopianeti freddi e nelle nane brune. », spiega la sua collega e autrice dell’articolo, Hannah Wakeford, anche lei dell’Università di Bristol.

Nuvole di silicato polimerizzato

Gli astrofisici hanno chiaramente identificato la firma spettrale dei nanocristalli di quarzo nelle nuvole ad alta quota di WASP-17 b. Ricorda che il quarzo, anche se ha la formula chimica SiO₂Fa parte dei tettosilicati, che sono minerali formati dal legame di elementi elementari tetraedrici [SiO₄]⁴⁻ Con tutte le loro vette. Pertanto, è un tipo di macromolecola polimerizzata che forma un reticolo cristallino.

Questa non è la prima volta che i silicati, minerali ricchi di silicio e ossigeno, vengono rilevati nelle atmosfere degli esopianeti. Ma questi minerali erano ricchi anche di magnesio, come l’olivina e il pirosseno. Possiamo citare anche il caso dei cristalli di olivina osservati utilizzando il defunto telescopio Spitzer nelle comete esterne. Possiamo anche dire che le osservazioni fatte nel corso degli anni mostrano che i silicati sono molto comuni nella Via Lattea, e quindi i pianeti rocciosi come la Terra, che contengono anche molti silicati, non dovrebbero essere rari nell’universo osservabile.

Ma questa è la prima volta che troviamo la firma spettrale dei cristalli di quarzo, e quindi dei silicati, che sono in gran parte descritti dalla formula SiO.₂. Questo non è il caso dei cristalli di olivina come la forsterite, con la formula Mg₂Guarigione₄ O anche fillite con la formula Fe₂Guarigione₄. La cosa è ancora peggiore con i pirosseni, che l’esempio dell’augite è sufficiente a mostrare nella forma (Ca,Na)(Mg,Fe,Al).[(Si,Al)O₃]₂.

Le nubi di quarzo sono state scoperte durante i transiti planetari

L’analisi dell’atmosfera di un Giove caldo è resa più semplice dal fatto che l’esopianeta è più di sette volte più grande di Giove, anche se la sua massa è meno della metà. Questo perché WASP-17 b è uno degli esopianeti più grandi e più gonfiati conosciuti grazie alla sua vicinanza alla sua stella che gli conferisce una temperatura capace di fondere alcuni metalli. L’atmosfera estremamente espansiva lo rende quindi un pianeta ideale per la spettroscopia in trasmissione: una tecnica che consiste nel misurare gli effetti di filtraggio e diffusione dell’atmosfera di un pianeta sulla luce stellare, in questo caso il Sole di WASP-17 b. Webb ha monitorato il sistema WASP-17 per circa 10 ore, raccogliendo più di 1.275 misurazioni della luminosità della luce nel medio infrarosso da 5 a 12 micron.

I metodi per rilevare gli esopianeti sono cambiati notevolmente dagli anni ’90 e possono essere classificati in due categorie principali, metodi diretti e indiretti. I tre metodi principali sono il metodo dell’imaging diretto, il metodo del transito indiretto e il metodo della velocità radiale indiretta. Scopri gli esopianeti con questa serie web di nove episodi. Ogni settimana potete trovare un video sul nostro canale YouTube. Playlist proposta dal CEA e dall’Università Paris-Saclay nell’ambito del progetto di ricerca europeo H2020 Exoplanets-A. © CEA Ricerca

David Grant lo spiega anche in relazione ai nanocristalli di quarzo perché “ WASP-17 b è così caldo – circa 1.500 gradi Celsius – e la pressione alla quale si formano nell’atmosfera è solo circa un millesimo della pressione che sperimentiamo sulla superficie terrestre, e questi cristalli solidi possono formarsi direttamente dal gas, senza passare attraverso un liquido. La prima fase ».

Il ricercatore aggiunge che per quanto riguarda le nubi in cui sono presenti questi cristalli, di cui è difficile determinarne con precisione la quantità, essi sono “ Probabilmente si trovano lungo la transizione tra il giorno e la notte (l’intervallo), che è la regione che le nostre osservazioni stanno esplorando. Il vento può spostare queste minuscole particelle metalliche a velocità di migliaia di chilometri all’ora ».

Possiamo anche pensare che nubi di nanocristalli orbitino attorno al pianeta, ma evaporano quando raggiungono il lato più caldo del giorno.