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I pianeti caldi di Giove, giganti pianeti gassosi che corrono intorno alle loro stelle ospiti in orbite estremamente strette, sono diventati un po’ meno misteriosi grazie a un nuovo studio che combina modelli teorici con osservazioni del telescopio spaziale Hubble.

Mentre gli studi precedenti si concentravano principalmente su singoli mondi classificati come “Giove caldi” a causa della loro superficiale somiglianza con il gigante gassoso nel nostro sistema solare, il nuovo studio è il primo a esaminare una popolazione più ampia di mondi strani. Pubblicato in Astronomia della natura, lo studio, condotto da un ricercatore dell’Università dell’Arizona, fornisce agli astronomi una “guida sul campo” senza precedenti per i caldi Giove e offre informazioni su formazione del pianeta generalmente.

Sebbene gli astronomi pensino che solo circa 1 stella su 10 ospiti un esopianeta nella calda classe di Giove, i particolari pianeti costituiscono una parte considerevole degli esopianeti scoperti fino ad oggi, a causa del fatto che sono più grandi e più luminosi di altri tipi di esopianeti, come come pianeti rocciosi, più simili alla Terra o pianeti gassosi più piccoli e più freddi. Di dimensioni variabili da circa un terzo delle dimensioni di Giove a 10 masse di Giove, tutti i Giove caldi orbitano attorno al loro stella ospite a una distanza estremamente ravvicinata, di solito molto più vicina di Mercurio, il pianeta più interno del nostro sistema solare, al sole. Un “anno” su un tipico Giove caldo dura ore, o al massimo pochi giorni. Per fare un confronto, Mercurio impiega quasi tre mesi per completare un viaggio intorno al sole.

A causa delle loro orbite ravvicinate, si pensa che la maggior parte, se non tutti, i caldi Giove siano bloccati in un abbraccio ad alta velocità con le stelle che li ospitano, con un lato eternamente esposto alla radiazione della stella e l’altro avvolto nell’oscurità perpetua. La superficie di un tipico Giove caldo può raggiungere la temperatura di quasi 5.000 gradi Fahrenheit, con campioni “più freddi” che raggiungono i 1.400 gradi, abbastanza caldi da fondere l’alluminio.

La ricerca, condotta da Megan Mansfield, Sagan Fellow della NASA presso l’Osservatorio Steward dell’Università dell’Arizona, ha utilizzato osservazioni fatte con il telescopio spaziale Hubble che hanno permesso al team di misurare direttamente gli spettri di emissione di Giove caldi, nonostante Hubble possa t visualizzare direttamente uno di questi pianeti.

“Questi sistemi, queste stelle e i loro caldi Giove, sono troppo lontani per risolvere la singola stella e il suo pianeta”, ha detto Mansfield. “Tutto ciò che possiamo vedere è un punto, la fonte di luce combinata dei due”.

Mansfield e il suo team hanno utilizzato un metodo noto come eclissi secondaria per estrarre informazioni dalle osservazioni che hanno permesso loro di scrutare in profondità nelle atmosfere dei pianeti e ottenere informazioni sulla loro struttura e composizione chimica. La tecnica prevede osservazioni ripetute dello stesso sistema, catturando il pianeta in vari punti della sua orbita, anche quando si immerge dietro la stella.

Gli astronomi forniscono una
La turbolenta atmosfera di un pianeta caldo e gassoso noto come HD 80606b è mostrata in questa simulazione basata sui dati dello Spitzer Space Telescope della NASA. Il pianeta trascorre la maggior parte del tempo lontano dalla sua stella, ma ogni 111 giorni oscilla estremamente vicino alla stella, sperimentando un’enorme esplosione di calore. Credito: NASA/JPL-CalTech

“Fondamentalmente misuriamo la luce combinata proveniente dalla stella e dal suo pianeta e confrontiamo quella misurazione con ciò che vediamo quando il pianeta è nascosto dietro la sua stella”, ha detto Mansfield. “Questo ci permette di sottrarre il contributo della stella e isolare la luce emessa dal pianeta, anche se non possiamo vederla direttamente”.

I dati dell’eclissi hanno fornito ai ricercatori informazioni sulla struttura termica delle atmosfere di Giove caldi e hanno permesso loro di costruire profili individuali di temperature e pressioni per ciascuno di essi. Il team ha quindi analizzato la luce del vicino infrarosso, che è una banda di lunghezze d’onda appena oltre la gamma che gli umani possono vedere, proveniente da ciascun sistema di Giove caldo per le cosiddette caratteristiche di assorbimento. Poiché ogni molecola o atomo ha il suo profilo di assorbimento specifico, come un’impronta digitale, l’osservazione di diverse lunghezze d’onda consente ai ricercatori di ottenere informazioni sulla composizione chimica dei Giove caldi. Ad esempio, se l’acqua è presente nell’atmosfera del pianeta, assorbirà la luce a 1,4 micron, che rientra nella gamma di lunghezze d’onda che Hubble può vedere molto bene.

“In un certo senso, usiamo le molecole per scansionare le atmosfere su questi caldi Giove”, ha detto Mansfield. “Possiamo usare lo spettro che osserviamo per ottenere informazioni su come è fatta l’atmosfera e possiamo anche ottenere informazioni su come appare la struttura dell’atmosfera”.

Il team ha fatto un ulteriore passo avanti quantificando i dati osservativi e confrontandoli con i modelli dei processi fisici che si ritiene siano all’opera nelle atmosfere dei caldi Giove. I due set si sono abbinati molto bene, confermando che molte previsioni sulla natura dei pianeti basate sul lavoro teorico sembrano essere corrette, secondo Mansfield, che ha affermato che i risultati sono “emozionanti perché erano tutt’altro che garantiti”.

I risultati suggeriscono che tutti i Giove caldi, non solo i 19 inclusi nello studio, possono contenere gruppi simili di molecole, come acqua e monossido di carbonio, insieme a quantità minori di altre molecole. Le differenze tra i singoli pianeti dovrebbero ammontare principalmente a quantità relative variabili di queste molecole. I risultati hanno anche rivelato che le caratteristiche di assorbimento dell’acqua osservate variavano leggermente da un Giove caldo all’altro.

“Presi insieme, i nostri risultati ci dicono che c’è una buona possibilità che abbiamo capito gli elementi del quadro generale che stanno accadendo nella chimica di questi pianeti”, ha detto Mansfield. “Allo stesso tempo, ogni pianeta ha la sua composizione chimica e questo influenza anche ciò che vediamo nelle nostre osservazioni”.

Secondo gli autori, i risultati possono essere utilizzati per guidare le aspettative su ciò che gli astronomi potrebbero essere in grado di vedere guardando un Giove caldo che non è stato studiato prima. Il lancio del nuovo telescopio di punta della NASA, il James Webb Space Telescope, previsto per il 18 dicembre, ha entusiasmato i cacciatori di esopianeti perché Webb può vedere in una gamma molto più ampia di luce infrarossa e consentirà uno sguardo molto più dettagliato agli esopianeti, incluso il caldo Giove.

“Ci sono molte cose che ancora non sappiamo su come pianeti forma in generale, e uno dei modi in cui cerchiamo di capire come ciò potrebbe accadere è osservare le atmosfere di questi caldi Giove e capire come sono arrivati ​​dove sono”, ha detto Mansfield. “Con i dati di Hubble, possiamo osservare le tendenze studiando l’assorbimento d’acqua, ma quando parliamo della composizione dell’atmosfera nel suo insieme, ci sono molte altre molecole importanti che si desidera esaminare, come il monossido di carbonio e il carbonio. anidride carbonica e JWST ci darà la possibilità di osservare effettivamente anche quelli”.

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