Il pianeta orbita intorno a una stella nana rossa chiamata Gliese 3470, nella costellazione del Cancro. GJ 3470 b è grande circa 12,6 masse terrestri, il che significa che è approssimativamente a metà strada tra la Terra e Nettuno come dimensioni. (Nettuno è circa 17 masse terrestri).

Grazie alla missione Kepler, sappiamo che ci sono molti esopianeti in questa gamma di massa. È possibile che fino all’80 percento dei pianeti cada in questo intervallo. Fino ad ora, gli astronomi non erano riusciti a vedere l’atmosfera di uno di questi pianeti, e quindi la loro formazione era avvolta dal mistero.

Adesso, i telescopi spaziali Hubble e Spitzer hanno collaborato per osservare da vicino l’atmosfera di GJ 3470 b, e, per prima volta, gli astronomi sono stati in grado di identificare l’impronta chimica dell’atmosfera di un pianeta come questo.

Ciò che hanno scoperto è che il pianeta ha un’atmosfera quasi primordiale, composta principalmente di idrogeno ed elio, senza che siano presenti elementi più pesanti. E questo rappresenta un po’ di mistero.

Metà stella, metà pianeta?

GJ 3470 b, con la sua atmosfera di idrogeno ed elio, è in qualche modo più simile a una stella che a un pianeta, un pianeta quasi stellare. L’atmosfera del nostro Sole è per il 73 percento composta di idrogeno e il resto è quasi tutto elio.

Solo una piccola parte del Sole è costituita da elementi più pesanti come ossigeno, neon, ferro e carbonio. I giganti gassosi Giove e Saturno sono per lo più idrogeno ed elio, ma contengono anche altri composti come il metano e l’ammoniaca, oltre a elementi più pesanti. Questi composti sembrano quasi assenti in GJ 3470 b.

“Questa è una grande scoperta che ci permetterà di capirne di più sulla formazione dei pianeti: il pianeta orbita molto vicino alla sua stella ed è molto meno massiccio di Giove (che misura 318 volte la massa terrestre) ma è riuscito a sviluppare l’atmosfera primordiale di idrogeno/elio che è in gran parte “non inquinata da elementi più pesanti“, ha dichiarato Björn Benneke, dell’Università di Montreal in Canada, in un comunicato stampa della NASA.

“Non abbiamo nulla di simile nel sistema solare, e questo è ciò che lo rende sorprendente“.

Gli astronomi, per poter ottenere questo risultato, hanno combinato le capacità multi-lunghezza d’onda di entrambi i telescopi spaziali, riuscendo a “dare una buona occhiata all’atmosfera di GJ 3470 b“. Ci sono riusciti misurando l’assorbimento della luce stellare mentre l’esopianeta transitava davanti alla sua stella ospite.

Hanno anche misurato la perdita di luce riflessa mentre l’esopianeta passava dietro la stella. Complessivamente, la coppia di telescopi spaziali ha osservato 12 transiti e 20 eclissi.

Gli astronomi usano la spettroscopia per identificare le impronte chimiche di idrogeno ed elio nell’atmosfera, e la natura dell’atmosfera del pianeta ha reso tutto questo possibile.

Grazie alle particolari caratteristiche dell’atmosfera del pianeta, gli astronomi sono stati in grado di guardare in profondità. “Per la prima volta abbiamo una firma spettroscopica di un mondo del genere“, ha detto Benneke.

Ma la spettroscopia ha rivelato qualcosa di inatteso. Gli astronomi pensavano che avrebbero trovato una composizione chimica simile al pianeta Nettuno, con elementi più pesanti come l’ossigeno e il carbonio. Invece hanno trovato un’atmosfera che assomiglia a quella del Sole.

“Ci aspettavamo un’atmosfera fortemente arricchita da elementi più pesanti come l’ossigeno e il carbonio che formano abbondante vapore acqueo e gas metano, simile a quello che vediamo su Nettuno“, ha detto Benneke. “Invece, abbiamo trovato un’atmosfera così povera di elementi pesanti che la sua composizione assomiglia alla composizione ricca di idrogeno/elio del Sole“.

Ora che gli astronomi, grazie alla potenza combinata dei telescopi spaziali Hubble e Spitzer, hanno un’immagine abbastanza chiara dell’atmosfera del pianeta extrasolare, possono cominciare a capire come si è formato questo strano pianeta.

GJ 3470 b è in netto contrasto con altri esopianeti scoperti finora. Gli astronomi pensano che altri pianeti extrasolari, ad esempio Hot Jupiters, si formino a grande distanza dal loro Sole, per poi migrare verso l’interno.

Ma, nel caso di GJ 3470 b, l’idea è che questo esopianeta si sia formato molto vicino alla sua stella nana rossa, più o meno dove è posizionato oggi. Probabilmente si è formato inizialmente come un minuscolo oggetto roccioso, immerso nel centro del disco protoplanetario, all’incirca nello stesso momento in cui si è formata la stella. 

Avrebbe raccolto, o accresciuto, la sua atmosfera partendo dallo stesso materiale primordiale nel disco da cui la stella si era formata. E questo spiegherebbe la sua atmosfera di idrogeno/elio e perché manca di elementi più pesanti.

“Stiamo vedendo un oggetto che è stato in grado di accumulare idrogeno dal disco protoplanetario, ma non è dibentato un pianeta gioviano caldo“, ha spiegato Benneke. “Ovviamente ne siamo molto incuriositi”.

Un’ipotesi su quanto potrebbe essere accaduto è che mentre il pianeta stava ancora accumulando materia dal disco protoplanetario, la stella è cresciuta più velocemente e il disco si è dissipato. Ciò ha impedito a GJ 3470 b di ingrandirsi e diventare più simile ai giganti gassosi del nostro sistema solare, con elementi più pesanti nelle loro atmosfere.

Per ora, questo è il massimo cui la nostra comprensione di questo intrigante e stravagante pianeta extrasolare può arrivare. Ma stiamo tutti aspettando l’ormai leggendario James Webb Space Telescope (JWST) che quando sarà lanciato in orbita potrà dirci di più.

Il JWST è un potente telescopio spaziale che quando sarà attivo, potrà scrutare nell’infrarosso con una sensibilità senza precedenti. Sarà in grado di sondare l’atmosfera di GJ 3470 b, e altri pianeti extrasolari, e rivelare cose ancora invisibili.

Quindi, la nostra comprensione di tutti gli esopianeti, non solo di questo, crescerà a passi da gigante.