Un’atmosfera ricca di idrogeno su una super-Terra

GJ1214b exoplanet-subaruUna rappresentazione artistica del transito del pianeta GJ 1214 b davanti alla sua stella GJ 1214 in luce blu. Crediti National Astronomical Observatory of Japan).

Un team di astronomi e planetologi giapponesi hanno utilizzato le due camere ottiche del Telescopio Subaru, Suprime-Cam e il Faint Object Camera and Spectrograph (FOCAS), con un filtro a trasmissione blu per osservare i transiti planetari della super-Terra GJ 1214 b (Gliese 1214 b). Lo studio è stato compiuto per capire se questo pianeta avesse un’atmosfera ricca di acqua e idrogeno. Le osservazioni col Subaru Telescope mostrano che il cielo di questo pianeta non mostra un forte scattering Rayleigh [1], che un’atmosfera dominata da nubi privi di idrogeno farebbe prevedere.

Se combinato con i risultati di precedenti osservazioni in altri colori, questo nuovo risultato osservativo implica la probabilità che GJ 1214 b abbia un’atmosfera ricca di acqua.

Le Super-Terre stanno emergendo come un nuovo tipo di esopianeta [2] con una massa e un raggio più grandi di quelli terrestri ma inferiori ai giganti ghiacciati nel nostro Sistema Solare, come Urano e Nettuno. Se le super-Terre sono più simile a una “grande Terra” o ad un “piccolo Urano” ancora non è noto, poiché gli scienziati devono ancora determinare le loro proprietà dettagliate. Il team giapponese di astronomi e planetologi ha concentrato i loro sforzi sullo studio delle caratteristiche dell’atmosfera di una super-Terra, GJ 1214 b, che si trova a 40 anni luce dalla Terra nella costellazione dell’Ofiuco, a nord est del centro della nostra Galassia. Questo pianeta è uno delle ben note Super-Terre scoperte da Charbonneau et al. (2009) nel Progetto MEarth, che si concentrava sulla ricerca di pianeti abitabili intorno a stelle piccole vicine. Il team di ricercatori ha esaminato le caratteristiche della luce diffusa (o scatterata) dal transito di GJ 1214 b intorno alla sua stella.

La teoria corrente postula che un pianeta si sviluppa in un disco di gas denso attorno ad una stella appena formata, quello che viene definito disco proto-planetario. L’elemento idrogeno è il componente maggiore di un disco protoplanetario e il ghiaccio d’acqua è abbondante in una regione esterna al di fuori della cosiddetta “linea di neve”. I risultati su dove si siano formate le super-Terre e come siano emigrate nelle loro orbite attuali portano a ritenere che l’idrogeno o il vapore d’acqua sia una componente principale dell’atmosfera della super-Terra. Se i ricercatori possono determinare una componente principale dell’atmosfera di una super-Terra, possono dedurre il luogo di nascita del pianeta e la sua formazione.

I transiti planetari permettono ai ricercatori di studiare i cambiamenti nelle lunghezze d’onda nella luminosità della stella (la profondità del transito) che indicano la composizione dell’atmosfera planetaria. Un forte scattering di Rayleigh nelle lunghezze d’onda del visibile è un’evidenza potente di un’atmosfera dominata da idrogeno. Lo scattering Rayleigh avviene quando le particelle di luce vengono diffuse in un mezzo senza un cambiamento nella lunghezza d’onda. Tale diffusione dipende fortemente dalla lunghezza d’onda e migliora alle brevi lunghezze d’onda. Ciò causa una maggiore profondità del transito nelle lunghezze d’onda blu piuttosto che nelle lunghezze d’onda rosse.

Il team ha usato le due camere ottiche Suprime-Cam e FOCAS montate su Telescopio Subaru dotato di un filtro di trasmissione blu per cercare la caratteristica dello scattering dell’atmosfera di GJ 1214 b. Questa debole stella del sistema planetario nella luce blu rappresenta una sfida per i ricercatori che cercano di determinare se l’atmosfera del pianeta abbia o meno  un forte scattering di Rayleigh. Il potente specchio di 8.2 metri del Telescopio Subaru ha permesso al team di raggiungere la sensibilità più alta in assoluto nella regione blu dello spettro.

Le osservazioni del team mostrano che l’atmosfera di GJ 1214 b non mostra un forte scattering Rayleigh. Questa scoperta comporta che il pianeta abbia un’atmosfera ricca di acqua o sia dominata dall’idrogeno con vaste nubi.

Sebbene il team non abbia escluso completamente la possibilità di un’atmosfera dominata dall’idrogeno, il nuovo risultato osservativo, combinato con le scoperte delle precedenti ricerche in altri colori, suggerisce che GJ 1214 b probabilmente abbia un’atmosfera ricca di acqua. Il team prevede di condurre il follow-up osservativo in un prossimo futuro per rafforzare la loro conclusione.

Anche se vi è stato solo un piccolo numero di super-Terre scoperte, la situazione cambierà in modo radicale quando il Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) inizierà la sua survey dell’intero cielo di piccoli esopianeti in transito davanti alla loro stella nei dintorni del Sole. Quando i nuovi target saranno disponibili, i ricercatori potranno studiare l’atmosfera di molte super-Terre col Telescopio Subaru e con la nuova generazione di grandi telescopi come il Thirty Meter Telescope  (TMT). Tali osservazioni permetteranno di conoscere ancora di più sulla natura delle diverse super-Terre.

[1] Scattering di Rayleigh – Fonte Wikipeda – http://it.wikipedia.org/wiki/Scattering_di_Rayleigh.

[2] Un esopianeta rappresenta un pianeta che orbita attorno ad una stella al di fuori del nostro Sistema Solare.

Fonte NAOJ, National Astronomical Observatory of Japan, Blue Light Observations Indicate Water-Rich Atmosphere of a Super-Earth- http://www.nao.ac.jp/en/news/science/2013/20130904-subaru.html e Planet Quest, NASA: http://planetquest.jpl.nasa.gov/news/124 .

Norio Narita et al., Multi-Color Transit Photometry of GJ 1214b Through BJHKs Bands and a Long-Term Monitoring of the Stellar Variability of GJ 1214, ApJ, 773 – 144, su The Astrophysical Journal: http://iopscience.iop.org/0004-637X/773/2/144 .

Sabrina

~ di Sabrina su 7 settembre 2013.

3 Risposte to “Un’atmosfera ricca di idrogeno su una super-Terra”

  1. L’ha ribloggato su Ernesto Giuseppe Ammerata.

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