Un team internazionale di astronomi ha assemblato e rielaborato le osservazioni dell’esopianeta WASP-121 b raccolte con il telescopio spaziale Hubble di NASA/ESA negli anni 2016, 2018 e 2019. Ciò ha fornito loro un set di dati unico che ha permesso loro non solo di analizzare l’atmosfera di WASP 121 b, ma anche di confrontare lo stato dell’atmosfera dell’esopianeta nell’arco di diversi anni. Hanno trovato prove evidenti che le osservazioni di WASP-121 b variavano nel tempo. Il team ha poi utilizzato sofisticate tecniche di modellazione per dimostrare che queste variazioni temporali potrebbero essere spiegate dai pattern meteorologici nell’atmosfera dell’esopianeta.
Osservare gli esopianeti è impegnativo, sia a causa della loro distanza dalla Terra sia per il fatto che orbitano principalmente attorno a stelle molto più grandi e luminose dei pianeti. Ciò significa che gli astronomi che sono stati in grado di osservare un esopianeta con un telescopio sofisticato come Hubble in genere devono combinare tutti i loro dati per ottenere informazioni sufficienti per fare deduzioni sicure sulle proprietà dell’esopianeta. Combinando le osservazioni per aumentare la forza del segnale dell’esopianeta, gli astronomi possono costruire un’immagine media della sua atmosfera, ma ciò non dice loro se essa sta cambiando. In altre parole, non possono studiare il meteo su altri mondi usando questo metodo di media. Lo studio del meteo richiede molti più dati di alta qualità, acquisiti su un periodo di tempo più ampio. Fortunatamente, Hubble è attivo da un periodo di tempo così impressionante che esiste un vasto archivio di dati di Hubble, a volte con più serie di osservazioni dello stesso oggetto celeste – e questo include l’esopianeta WASP-121 b.
WASP-121 b (noto anche come Tylos) è un Gioviano caldo ben studiato che orbita attorno a una stella che si trova a circa 880 anni luce dalla Terra, completando un’orbita in un periodo di 30 ore. La sua estrema vicinanza alla stella madre significa che è in rotazione sincrona con essa e che l’emisfero rivolto verso la stella è molto caldo, con temperature che superano i 2700°C.
Il lavoro sui set di dati
Il team ha combinato quattro serie di osservazioni d’archivio di WASP-121 b, tutte realizzate utilizzando la Wide Field Camera 3 di Hubble. Il set di dati completo assemblato include osservazioni di: WASP-121 b in transito davanti alla sua stella (scattate nel giugno 2016); WASP-121 b in transito dietro la sua stella, nota anche come eclissi secondaria (scattate a novembre 2016); e due curve di fase di WASP-121 b (scattate rispettivamente a marzo 2018 e febbraio 2019). Il team ha deciso di elaborare ogni set di dati nello stesso modo, anche se era stato precedentemente elaborato da un team diverso. L’elaborazione dei dati sugli esopianeti è complessa e dispendiosa in termini di tempo, ma ne è valsa comunque la pena perché ha consentito al team di confrontare direttamente tra loro i dati elaborati da ciascuna serie di osservazioni.
Uno dei principali ricercatori del team, Quentin Changeat, ricercatore dell’ESA presso lo Space Telescope Science Institute, afferma: “il nostro set di dati rappresenta una quantità significativa di tempo di osservazione per un singolo pianeta ed è attualmente l’unico insieme coerente di tali osservazioni ripetute. Le informazioni che abbiamo estratto da quelle osservazioni sono state utilizzate per caratterizzare l’atmosfera di WASP-121 b (dedurre la chimica, la temperatura e le nuvole) in momenti diversi. Questo ci ha fornito un’immagine eccellente del pianeta, che cambia nel tempo”.
Le osservazioni variano nel tempo
Dopo aver ripulito ciascun set di dati, il team ha trovato prove evidenti che le osservazioni di WASP-121 b variavano nel tempo. Anche se gli effetti strumentali potrebbero persistere, i dati hanno mostrato un apparente spostamento nell’hotspot dell’esopianeta e differenze nella firma spettrale (che indica la composizione chimica dell’atmosfera dell’esopianeta) indicative di un’atmosfera in cambiamento.
Successivamente, il team ha utilizzato modelli computazionali altamente sofisticati per tentare di comprendere il comportamento osservato dell’atmosfera dell’esopianeta. I modelli hanno indicato che i loro risultati potrebbero essere spiegati da pattern meteorologici quasi periodici, in particolare massicci cicloni che vengono ripetutamente creati e distrutti a causa dell’enorme differenza di temperatura tra il lato dell’esopianeta rivolto verso la stella e quello buio.
A causa di questa estrema differenza, gli astronomi sospettano che il ferro evaporato e altri metalli pesanti che fuggono negli strati più alti dell’atmosfera sul lato diurno ricadano parzialmente sugli strati inferiori, facendo piovere ferro sul lato buio. Alcuni metalli pesanti sfuggono alla gravità del pianeta anche dall’atmosfera superiore.
Progressi nell’osservazione dei pattern meteorologici sugli esopianeti
Questo risultato rappresenta un significativo passo avanti nell’osservazione potenziale dei pattern meteorologici sugli esopianeti. “L’alta risoluzione delle nostre simulazioni dell’atmosfera degli esopianeti ci consente di modellare accuratamente il meteo su pianeti ultra caldi come WASP-121 b”, ha spiegato Jack Skinner, ricercatore post-dottorato presso il California Institute of Technology e co-leader dello studio. “Qui facciamo un significativo passo avanti combinando i vincoli osservativi con le simulazioni atmosferiche per comprendere le variazioni meteorologiche nel tempo su questi pianeti”.
“Il meteo sulla Terra è responsabile di molti aspetti della nostra vita, e in effetti la stabilità a lungo termine del clima terrestre e del suo meteo è probabilmente il motivo principale per cui la vita potrebbe emergere”, ha aggiunto Changeat. “Studiare il meteo degli esopianeti è vitale per comprendere la complessità delle atmosfere degli esopianeti, soprattutto nella nostra ricerca di esopianeti con condizioni abitabili”.
Le future osservazioni con Hubble e altri potenti telescopi, incluso Webb, forniranno maggiori informazioni sui pattern meteorologici su mondi lontani e, in definitiva, forse sulla scoperta di esopianeti con climi e pattern meteorologici stabili a lungo termine.
