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Rilevata firma della molecola di idrossile nell’atmosfera di un esopianeta

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Una collaborazione internazionale di astronomi guidati da un ricercatore dell’Astrobiology Center e della Queen’s University di Belfast, comprendente anche i ricercatori della Trinity, ha rilevato una nuova firma chimica nell’atmosfera di un pianeta extrasolare.

Il radicale idrossile (OH) è stato trovato sul lato diurno dell’esopianeta WASP-33b. Questo pianeta è un cosiddetto “Gioviano ultra caldo“, un pianeta gigante gassoso in orbita attorno alla sua stella ospite molto più vicino di quanto Mercurio orbita attorno al Sole e quindi raggiunge temperature atmosferiche di oltre 2.500° C (abbastanza caldo da fondere la maggior parte dei metalli).

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Il ricercatore capo presso l’Astrobiology Center e la Queen’s University di Belfast, il dottor Stevanus Nugroho, ha dichiarato:

Questa è la prima prova diretta di OH nell’atmosfera di un pianeta al di là del Sistema Solare. Mostra non solo che gli astronomi possono rilevare questa molecola nelle atmosfere di esopianeti, ma anche che possono iniziare a comprendere la chimica dettagliata di questa popolazione planetaria“.

Nell’atmosfera terrestre, l’OH è prodotto principalmente dalla reazione del vapore acqueo con l’ossigeno atomico. È un cosiddetto “detergente atmosferico” e svolge un ruolo cruciale nell’atmosfera terrestre per eliminare i gas inquinanti che possono essere pericolosi per la vita (ad es. Metano, monossido di carbonio).

In un pianeta molto più caldo e più grande come WASP-33b, dove gli astronomi hanno precedentemente rilevato segni di gas di ossido di ferro e titanio, l’OH gioca un ruolo chiave nel determinare la chimica dell’atmosfera attraverso le interazioni con il vapore acqueo e il monossido di carbonio. Si pensa che la maggior parte dell’OH nell’atmosfera di WASP-33b sia stata prodotta dalla distruzione del vapore acqueo a causa della temperatura estremamente elevata.

Come si scopre l’idrossile su un esopianeta

Nei nostri dati vediamo solo un segnale provvisorio e debole dal vapore acqueo, che sosterrebbe l’idea che l’acqua venga distrutta per formare idrossile in questo ambiente estremo“, ha spiegato il dottor Ernst de Mooij della Queen’s University di Belfast, coautore dello studio.

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Per fare questa scoperta, il team ha utilizzato lo strumento InfraRed Doppler (IRD) del telescopio Subaru di 8,2 metri di diametro situato nella zona sommitale di Maunakea nelle Hawaii (circa 4.200 m sul livello del mare). Questo nuovo strumento è in grado di rilevare atomi e molecole attraverso le loro “impronte digitali spettrali“, insiemi unici di caratteristiche di assorbimento dell’oscurità sovrapposte all’arcobaleno di colori (o spettro) emessi da stelle e pianeti.

Mentre il pianeta orbita attorno alla sua stella ospite, la sua velocità rispetto alla Terra cambia nel tempo. Proprio come la sirena di un’ambulanza o il rombo del motore di un’auto da corsa cambia tono mentre ci supera, le frequenze della luce (ad esempio, il colore) di queste impronte digitali spettrali cambiano con la velocità del pianeta. 

Questo ci consente di separare il segnale del pianeta dalla sua stella ospite luminosa, che normalmente supera tali osservazioni, nonostante i telescopi moderni non siano abbastanza potenti da poter acquisire immagini dirette di tali esopianeti “Gioviani caldi”.

Il dottor Neale Gibson, assistente professore al Trinity College di Dublino e coautore di questo lavoro, ha dichiarato:

La scienza dei pianeti extrasolari è relativamente nuova e un obiettivo chiave dell’astronomia moderna è esplorare le atmosfere di questi pianeti in dettaglio e alla fine cercare pianeti extrasolari simili alla Terra, pianeti come il nostro. Ogni nuova specie atmosferica scoperta migliora ulteriormente la nostra comprensione degli esopianeti e delle tecniche necessarie per studiare le loro atmosfere e ci avvicina a questo obiettivo“.

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Sfruttando le capacità uniche dell’IRD, gli astronomi sono stati in grado di rilevare il minuscolo segnale dell’idrossile nell’atmosfera del pianeta. “L’IRD è lo strumento migliore per studiare l’atmosfera di un esopianeta nell’infrarosso“, aggiunge il professor Motohide Tamura, uno dei principali investigatori dell’IRD, direttore del Centro di astrobiologia e coautore di questo lavoro.

Queste tecniche per la caratterizzazione atmosferica di esopianeti sono ancora applicabili solo a pianeti molto caldi, ma vorremmo sviluppare ulteriormente strumenti e tecniche che ci consentano di applicare questi metodi a pianeti più freddi e, in definitiva, a una seconda Terra“, afferma il dott. Hajime Kawahara, assistente professore presso l’Università di Tokyo e coautore di questo lavoro.

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Il professor Chris Watson, della Queen’s University di Belfast, coautore di questo studio, continua: “Sebbene WASP-33b possa essere un pianeta gigante, queste osservazioni sono il banco di prova per le strutture di prossima generazione come il Thirty Meter Telescope e l’European Extremely Large Telescope nella ricerca di firme biologiche su mondi più piccoli e potenzialmente rocciosi, il che potrebbe fornire suggerimenti a una delle domande più antiche dell’umanità: Siamo soli?

Riferimento: “First Detection of Hydroxyl Radical Emission from an Exoplanet Atmosphere: High-dispersion Characterization of WASP-33b Using Subaru / IRD” di Stevanus K. Nugroho, Hajime Kawahara, Neale P. Gibson, Ernst JW de Mooij, Teruyuki Hirano, Takayuki Kotani, Yui Kawashima, Kento Masuda, Matteo Brogi, Jayne L. Birkby, Chris A. Watson, Motohide Tamura, Konstanze Zwintz, Hiroki Harakawa, Tomoyuki Kudo, Masayuki Kuzuhara, Klaus Hodapp, Masato Ishizuka, Shane Jacobson, Mihoko Konishi, Takashi , Jun Nishikawa, Masashi Omiya, Takuma Serizawa, Akitoshi Ueda e Sébastien Vievard, 23 marzo 2021, Astrophysical Journal Letters .
DOI: 10.3847 / 2041-8213 / abec71

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