Su un Gioviano ultracaldo è stato trovato Il ferro e il titanio


Per la prima volta in assoluto, gli astronomi hanno trovato ferro e titanio nell’atmosfera di un pianeta al di fuori del sistema solare. L’esopianeta, chiamato KELT-9b, è il mondo alieno più caldo mai scoperto. Il pianeta è così scottante, che è più caldo di molte stelle.

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Immagine artistica dell’esopianeta KELT-9b, che orbita così vicino alla stella ospite che il disco della stella appare 70 volte più grande del nostro sole nel cielo.

Questo gigantesco esopianeta, situato a circa 620 anni luce di distanza dalla Terra nella costellazione del Cigno, è quello che gli astronomi chiamano un “Giove ultracaldo”. KELT-9b è un gigantesco mondo di gas come Giove, il più grande pianeta del nostro sistema solare. Ma è molto più grande – ha tre volte la massa e due volte il diametro di Giove – e orbita molto vicino alla sua stella madre calda, KELT-9.

“Ultrahot Jupiter” è un termine non ufficiale per un esopianeta Gioviano caldo con temperature superiori a 3.100 gradi Fahrenheit (1.700 gradi Celsius). Essi “sono così caldi che hanno una certa somiglianza con le stelle anche se sono pianeti”, ha detto Kevin Heng, un astrofisico dell’Università di Berna in Svizzera che ha partecipato allo studio. 

KELT-9b può raggiungere temperature fino a 4.300 gradi C. 

Questo calore da record ha permesso agli astronomi di rilevare ferro e titanio nell’atmosfera del KELT-9b. Mentre i ricercatori hanno a lungo sospettato che questi elementi fossero presenti su alcuni esopianeti – il ferro è uno degli elementi più abbondanti dell’universo – è difficile da rilevare in ambienti più freddi, perché gli atomi sono per lo più “intrappolati in altre molecole”, ha detto Heng. Tuttavia, KELT-9b è così caldo che le nuvole non si condensano nella sua atmosfera, permettendo a singoli atomi di ferro e altri metalli di volare da soli.

Il titanio è stato avvistato anche nell’atmosfera di un altro esopianeta – ma non nella sua forma atomica. Nel settembre 2017, gli astronomi che utilizzavano il telescopio spaziale Hubble annunciarono di aver trovato biossido di titanio (molecole composte da un atomo di titanio e due atomi di ossigeno) nell’atmosfera di un esopianeta di nome Kepler-13A. 

Gli astronomi possono rilevare diversi elementi guardando lo spettro della luce proveniente da un oggetto nello spazio. Poiché l’esopianeta non emette luce propria, Heng e il suo team di ricercatori hanno esaminato i dati del telescopio raccolti durante un transito stellare, quando l’esopianeta è passato direttamente davanti alla sua stella come visto dalla Terra.

Convenientemente, i dati esistevano già prima che Heng e i suoi co-autori decidessero di affrontare questo studio. Dopo che i suoi colleghi dell’Università di Ginevra hanno usato quei dati spettrali per cercare idrogeno nell’atmosfera del KELT-9b, “hanno effettivamente conservato i dati nel cassetto perché allora non c’era motivo di cercare ferro o titanio”, ha detto Heng. “Poi, qualche mese fa, abbiamo fatto uno studio teorico, che prevedeva che ferro e titanio ci sarebbero stati, e ciò ha motivato la ricerca”.

Utilizzando i dati risalenti a un anno fa del telescopio nazionale Galileo di La Palma, in Spagna, i ricercatori hanno iniziato a cercare metalli nello spettro della luce che risplendeva nell’atmosfera del KELT-9b per un transito di 4 ore. Questi dati sono stati raccolti utilizzando uno strumento spettrografico chiamato HARPS.

“Diversi atomi o molecole hanno un’impronta digitale quando si divide la luce in uno spettro”, ha detto Heng. “Se la risoluzione è sufficiente, se i dati sono sufficientemente buoni, ogni molecola ha un’impronta digitale unica”. Trovare le impronte digitali di ferro e titanio – elementi che Heng e il suo team già sospettavano esistessero nell’atmosfera del KELT-9b – richiederebbe “una combinazione di know-how informatico ad alte prestazioni, un’attenta cura dei database spettroscopici e una meticolosa attenzione ai dettagli”, ha scritto Heng in un post sul blog Nature.com.

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Il team di Heng ha chiesto l’aiuto di Simon Grimm, un astrofisico dell’Università di Berna “che è (tra le altre cose) un esperto nel calcolo delle opacità degli atomi e delle molecole”, ha scritto Heng nel post del blog. “Queste opacità non sono banali da calcolare, perché bisogna valutare le forze e le forme di milioni o miliardi di linee spettrali”.

Precedenti studi che cercavano l’idrogeno nell’atmosfera di KELT-9b sono stati in grado di vedere una forte linea di assorbimento di idrogeno nello spettro senza fare una più complicata analisi cross-correlazione come Heng e il suo team ha dovuto fare per trovare ferro e titanio.

Gli astronomi che raccoglievano dati per cercare idrogeno “non avevano la motivazione teorica per condurre una seria ricerca di metalli come il ferro”, ha scritto Heng.

Un altro studio, pubblicato il 2 luglio sulla rivista Nature Astronomy, ha dimostrato che l’idrogeno sta in realtà “bollendo” dall’atmosfera del KELT-9b ed è risucchiato nella stella madre del pianeta. “È possibile che anche gli elementi di metallo pesante fuggano perché la drammatica fuga di idrogeno può ‘trascinare’ elementi pesanti in un’atmosfera molto alta”, ha detto in un’e-mail Fei Yan, astronomo dell’Istituto Max Planck per l’Astronomia e autore principale dello studio.

Mentre il ferro e il titanio nell’atmosfera del KELT-9b sono stati una scoperta enorme, Heng ha detto che “la tecnica in sé è davvero emozionante”. “Questa è la stessa tecnica che useremo per rilevare le firme della biologia, o biofirme”, ha detto Heng. “Sulla Terra, pensiamo che sia ossigeno e qualche altra molecola oscura, ma non sappiamo cosa siano le biofirme in generale. Se sapeste cosa fossero … potreste usare esattamente la stessa tecnica per rilevare queste molecole in pianeti più freddi e più piccoli”.

È improbabile che gli astronomi trovino segni di vita su questo pianeta infernale, ma Heng e il suo team hanno trovato altri elementi interessanti negli spettri di KELT-9b. “Non voglio rivelare troppo, ma abbiamo trovato altri metalli”, ha detto. “Stiamo anche cercando di ottenere del tempo al telescopio spaziale Hubble per cercare anche l’acqua”. L’obiettivo è quello di avere “un inventario chimico completo del pianeta”, ha detto. Hubble sarà anche in grado di fornire alcune informazioni sulla meteorologia di KELT-9b. “Ci dovrebbero essere violente tempeste su questo pianeta”, ha detto.


La ricerca è stata pubblicata il 15 agosto sulla rivista Nature. 

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