Questo pianeta è così metallico. Vapori di ferro e titanio trovati nell'atmosfera di un 'Giove ultra-caldo'
Nel corso della scoperta di pianeti oltre il nostro Sistema Solare, gli astronomi hanno trovato alcuni clienti davvero interessanti! Oltre ai “Super-Giove” (esopianeti con massa molte volte superiore a quella di Giove) un numero di “ Giove caldi ” sono stati anche osservati. Questi sono giganti gassosi che orbitano vicino alle loro stelle e, in alcuni casi, è stato scoperto che questi pianeti sono così caldi da poter fondere pietra o metallo.
Ciò ha portato alla designazione di 'Giove ultra-caldo', il più caldo dei quali è stato scoperto l'anno scorso . Ma ora, secondo a studi recenti realizzato da un team internazionale di astronomi, questo pianeta è abbastanza caldo da trasformare il metallo in vapore. È noto come KELT-9b, un gigante gassoso situato a 650 anni luce dalla Terra che ha temperature atmosferiche così elevate – oltre 4.000 °C (7.232 °F) – da poter vaporizzare ferro e titanio!
Il team internazionale era guidato da Jens Hoeijmakers, uno studente post-dottorato presso l'Università di Ginevra (UNIGE) e l'Università di Berna (UNIBE). Il team comprendeva membri del Centro nazionale di competenza nella ricerca (NCCR) PlanetS gruppo e UNIGE's Futuro della caratterizzazione dell'atmosfera superiore degli esopianeti con la spettroscopia (QUATTRO ASSI1) squadra.
Rappresentazione artistica di KELT-9b, un Giove ultra caldo che orbita intorno a una giovane stella calda a circa 650 anni luce dalla Terra. Credito: NASA/JPL-Caltech
Questi gruppi, dedicati alla caratterizzazione degli esopianeti, sono composti da ricercatori dell'UNIGE, dell'UNIBE, dell'Università di Zurigo (UZH) e dell'Università di Losanna (UNIL). Ulteriore supporto è arrivato dai ricercatori dell'Università di Cambridge Astrofisica Cavendish e MRC Laboratorio di Biologia Molecolare , il Osservatorio di Cagliari , e il Osservatorio del Roque de los Muchachos .
Lo studio che descrive i loro risultati – “ Ferro atomico e titanio nell'atmosfera dell'esopianeta KELT-9b ” – recentemente apparso sulla rivista scientificaNatura.Per il bene del loro studio, il team ha cercato di porre dei vincoli alla composizione chimica di un Giove ultra-caldo poiché questi pianeti si trovano a cavallo del confine tra giganti gassosi e stelle e potrebbero aiutare gli astronomi a saperne di più sulla storia della formazione degli esopianeti.
Per fare ciò, hanno selezionato KELT-9b, che è stato originariamente scoperto nel 2017 dagli astronomi che usano il Kilodegree Telescopio/i estremamente piccolo/i (KELT) sondaggio. Come tutti i Giove ultra-caldi, questo pianeta orbita molto vicino alla sua stella - 30 volte più vicino della distanza della Terra dal Sole - e ha un periodo orbitale di 36 ore. Di conseguenza, sperimenta temperature superficiali superiori a 4.000 ° C (7.232 ° F), rendendolo più caldo di molte stelle.
Sulla base di ciò, il dott. Hoeijmakers e i suoi colleghi hanno condotto uno studio teorico che prevedeva la presenza di vapore di ferro nell'atmosfera del pianeta. Come ha spiegato Kevin Heng, professore all'UNIBE e coautore dello studio, in un recente UNIGE comunicato stampa :
'I risultati di queste simulazioni mostrano che la maggior parte delle molecole trovate lì dovrebbero essere in forma atomica, perché i legami che le tengono insieme sono rotti da collisioni tra particelle che si verificano a queste temperature estremamente elevate'.
Esaminando KELT-9b durante un transito, il team è stato in grado di osservare gli spettri dalla sua atmosfera. Credito: NASA/JPL-Caltech
Per testare questa previsione, il team si è basato sui dati del Ricercatore di pianeti a velocità radiale ad alta precisione per l'emisfero settentrionale (HARPS-North o HARPS-N) durante un singolo transito dell'esopianeta. Durante un transito, la luce della stella può essere vista filtrare attraverso l'atmosfera e l'esame di questa luce con uno spettrometro può rivelare cose sulla composizione chimica dell'atmosfera.
Ciò che hanno trovato erano forti indicazioni non solo del ferro atomico ionizzato singolarmente, ma anche del titanio atomico ionizzato singolarmente, che ha un punto di fusione significativamente più alto - 1670 ° C (3040 ° F) rispetto a 1250 ° C (2282 ° F). Come Hoeijmakers spiegato , 'Con le previsioni teoriche in mano, è stato come seguire una mappa del tesoro, e quando abbiamo scavato più a fondo nei dati, abbiamo trovato ancora di più'.
Oltre a rivelare la composizione di una nuova classe di Giove ultra-caldo, questo studio ha anche presentato agli astronomi qualcosa di misterioso. Ad esempio, gli scienziati ritengono che molti pianeti siano evaporati perché si trovano in un'orbita stretta con una stella luminosa allo stesso modo di KELT-9b. E, come indica il loro studio, la radiazione della stella sta scomponendo metalli di transizione pesanti come ferro e titanio.
Sebbene KELT-9b sia probabilmente troppo massiccio per evaporare completamente, questo nuovo studio dimostra il forte impatto che la radiazione stellare ha sulla composizione dell'atmosfera di un pianeta. Sui giganti gassosi più freddi, si ritiene che elementi come ferro e titanio assumano la forma di ossidi gassosi o particelle di polvere, difficili da rilevare. Ma nel caso di KELT-9b, il fatto che questi elementi siano in forma atomizzata li rende altamente rilevabili.
Rappresentazione artistica di un tramonto su KELT-9b, dove l'atmosfera del pianeta è abbastanza calda da vaporizzare metalli pesanti come ferro e titanio. Credito e ©: Denis Bajram
Come David Ehrenreich, ricercatore principale con il team FOUR ACES dell'UNIGE e coautore dello studio, concluso 'Questo pianeta è un laboratorio unico per analizzare come le atmosfere possono evolversi sotto un'intensa radiazione stellare'. Guardando al futuro, lo studio del team prevede anche che dovrebbe essere possibile osservare il ferro atomico gassoso nell'atmosfera del pianeta utilizzando gli attuali telescopi.
In breve, gli astronomi non devono aspettare i telescopi di nuova generazione per studiare questo laboratorio planetario unico, che può insegnare agli astronomi molto sul processo di formazione degli esopianeti. E imparando di più sulla formazione dei giganti gassosi in altri sistemi stellari, è probabile che gli astronomi ottengano indizi vitali su come si è formato ed evoluto il nostro Sistema Solare.
Chi lo sa? Forse il nostro Giove una volta era caldo e ha perso massa prima di migrare nella posizione attuale. O forse Mercurio è il guscio bruciato di un pianeta un tempo gigante che ha perso i suoi strati gassosi. Come ci insegna lo studio degli esopianeti, si sa che cose così strane accadono in questo Universo!
Ulteriori letture: Università di Ginevra , Natura