Il campo della scienza degli esopianeti ha spostato da tempo la sua attenzione dal semplice rilevamento alla caratterizzazione, sebbene questa rimanga estremamente impegnativa. Finora, la maggior parte della ricerca sulla caratterizzazione è stata diretta verso la modellazione o studi incentrati su uno o pochi esopianeti.
Ora un nuovo lavoro, guidato da ricercatori con sede presso l’University College London (UCL), ha utilizzato la più grande quantità di dati d’archivio mai esaminata in un’indagine sull’atmosfera di un singolo esopianeta per analizzare le atmosfere di 25 esopianeti. La maggior parte dei dati proveniva da osservazioni effettuate con il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA. L’autore principale, Quentin Changeat, spiega: “Hubble ha consentito la caratterizzazione approfondita di 25 esopianeti e la quantità di informazioni che abbiamo appreso sulla loro chimica e formazione, grazie a un decennio di intense campagne di osservazione, è incredibile”.
Il team scientifico ha cercato di trovare risposte a cinque domande aperte sulle atmosfere degli esopianeti, un obiettivo ambizioso che sono riusciti a raggiungere. Le loro domande hanno sondato ciò che H– (ioni di idrogeno negativi) e alcuni metalli possono dirci sulla chimica e sulla circolazione delle atmosfere degli esopianeti e sulla formazione dei pianeti. Hanno scelto di studiare un’ampia gamma di gioviani caldi, con l’intenzione di identificare le tendenze all’interno della loro popolazione campione che potrebbero fornire informazioni sulle atmosfere degli esopianeti più in generale. Il co-leader dello studio, Billy Edwards dell’UCL e del Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), ha dichiarato: “il nostro studio segna un punto di svolta per il campo: stiamo ora passando dalla caratterizzazione delle atmosfere dei singoli esopianeti alla caratterizzazione delle popolazioni atmosferiche“.
Per studiare il loro campione di 25 esopianeti, il team ha rianalizzato un’enorme quantità di dati d’archivio, costituiti da 600 ore di osservazioni Hubble, che hanno integrato con più di 400 ore di osservazioni dal telescopio spaziale Spitzer. I loro dati contenevano eclissi per tutti i 25 esopianeti e transiti per 17 di loro. Un’eclissi si verifica quando un esopianeta passa dietro la sua stella vista dalla Terra e si verifica un transito quando un pianeta passa davanti alla sua stella. I dati sulle eclissi e sui transiti possono entrambi fornire informazioni cruciali sull’atmosfera di un esopianeta.
L’indagine su larga scala ha prodotto risultati, con il team che è stato in grado di identificare alcune tendenze e correlazioni chiare tra le costituzioni atmosferiche degli esopianeti e il comportamento osservato. Alcuni dei loro risultati chiave riguardavano la presenza o l’assenza di inversioni termiche nelle atmosfere del loro campione di esopianeta. Hanno scoperto che quasi tutti gli esopianeti con inversione termica erano estremamente caldi, con temperature superiori a 2000 Kelvin. È importante sottolineare che questo è sufficientemente caldo affinché le specie metalliche TiO (ossido di titanio), VO (ossido di vanadio) e FeH (idruro di ferro) siano stabili in un’atmosfera. Degli esopianeti che mostrano inversioni termiche, è stato scoperto che quasi tutti avevano H–, TiO, VO o FeH nelle loro atmosfere.
È sempre difficile trarre conclusioni da tali risultati, perché la correlazione non è necessariamente uguale alla causalità. Tuttavia, il team è stato in grado di proporre un argomento convincente sul motivo per cui la presenza di H–, TiO, VO o FeH potrebbe portare a un’inversione termica, vale a dire che tutte queste specie metalliche sono assorbitori di luce stellare molto efficienti. Potrebbe essere che le atmosfere degli esopianeti abbastanza calde da sostenere queste specie tendano all’inversione termica perché assorbono così tanta luce stellare che le loro atmosfere superiori si riscaldano ancora di più. Al contrario, il team ha anche scoperto che i gioviani caldi più freddi (con temperature inferiori a 2000 Kelvin, e quindi senza H–, TiO, VO o FeH nelle loro atmosfere) non avevano quasi mai atmosfere con inversione termica.
Un aspetto significativo di questa ricerca è stato che il team è stato in grado di utilizzare un ampio campione di esopianeti e una quantità estremamente grande di dati per determinare le tendenze, che possono essere utilizzate per prevedere il comportamento in altri esopianeti. Questo è estremamente utile, perché fornisce informazioni su come possono formarsi i pianeti e anche perché consente ad altri astronomi di pianificare in modo più efficace le osservazioni future. Al contrario, se un articolo studia in dettaglio un singolo esopianeta, sebbene sia prezioso, è molto più difficile estrapolare tendenze.
Una migliore comprensione delle popolazioni di esopianeti potrebbe anche avvicinarci alla risoluzione di misteri aperti sul nostro Sistema Solare. Come dice Changeat: “molte questioni come l’origine dell’acqua sulla Terra, la formazione della Luna e le diverse storie evolutive della Terra e di Marte, sono ancora irrisolte nonostante la nostra capacità di ottenere misurazioni in situ. Grandi studi sulla popolazione di esopianeti, come quello che presentiamo qui, mirano a comprendere quei processi generali”.
