L’emissione XUV della stella HIP67522 ed l’evoluzione del suo esopianeta. Lo studio: “XUV irradiation of young planetary atmospheres. Results from a joint XMM-Newton and HST observation of HIP67522” di A. Maggio (INAF-OAPA) pubblicato su A&A
Nonostante la ricca gamma di telescopi e satelliti a disposizione della comunità astronomica, esiste un tipo di radiazione a cui siamo praticamente ciechi: la banda UV estrema. Si tratta di radiazione ad alta energia, con una lunghezza d’onda che va dall’emissione Lyman-α (lunghezza d’onda 121.6 nanometri) , dovuta agli atomi di idrogeno il cui elettrone compie una transizione dall’orbitale più interno (lo stato fondamentale) al secondo (n=2), fino al regime dei raggi X a bassa energia (i cosiddetti raggi X soffici, lunghezza d’onda 10 nanometri). La radiazione UV estrema non penetra l’atmosfera terrestre, quindi per osservarla sono necessarie missioni spaziali.
Nelle stelle, la radiazione XUV (che comprende sia la radiazione UV estrema che i raggi X soffici, fino a circa 0.1 nanometri) è emessa dal plasma con temperature da circa 10000 gradi fino a qualche decina di milioni di gradi, che popola l’atmosfera delle stelle simili al nostro Sole (corona, cromosfera e regione di transizione). Inoltre, il flusso di radiazione XUV aumenta quando i fenomeni legati all’attività magnetica della stella, come i brillamenti stellari, diventano più intensi. La mancanza di telescopi capaci di osservare direttamente la radiazione UV estrema limita quindi la nostra capacità di studiare tali fenomeni.
Questo ha un impatto negativo in diversi campi dell’astrofisica. Ad esempio, la radiazione XUV emessa dalle stelle più magneticamente attive, generalmente le più giovani, influenza l’ambiente circostante e, in particolare, le atmosfere degli eventuali pianeti che orbitano attorno a queste stelle. I fotoni XUV vengono assorbiti dagli strati esterni delle atmosfere planetarie, ionizzando gli atomi e producendo una cascata di elettroni ad alta energia che riscalda l’atmosfera e ne influenza la chimica e l’evoluzione. Nei casi più estremi, parte dell’atmosfera riscaldata può disperdersi nello spazio interplanetario attraverso il processo di “fotoevaporazione”.
HIP67522 è una stella giovane (5-20 milioni di anni), membro dell’associazione Scorpione-Centauro. E’ una stella molto simile al Sole a quell’età, che ospita due esopianeti, recentemente identificati: un gigante gassoso con un periodo orbitale di 6.96 giorni, la cui massa non è ancora determinata con precisione (0.18-4.6 masse gioviane), e un pianeta più piccolo con un periodo orbitale di 14.96 giorni. Data la sua giovane età, HIP67522 è una stella magneticamente attiva, caratterizzata quindi da un’intensa emissione di raggi XUV. Per caratterizzare questa emissione e determinarne l’impatto sui due esopianeti, un team di ricercatori guidato dall’astrofisico A. Maggio (INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo) ha analizzato osservazioni simultanee di HIP67522 ai raggi X, ottenute con il satellite dell’Agenzia Spaziale Europea XMM/Newton, e nel vicino ultravioletto, ottenute con l’Hubble Space Telescope.
L’analisi ha permesso di caratterizzare le proprietà fisiche del plasma nell’atmosfera della stella, in particolare la stratificazione termica e la sua “misura di emissione” (una combinazione di densità e volume). Ciò ha consentito di modellare le proprietà del plasma responsabile della produzione di radiazione UV estrema e di calcolare il flusso in questa banda (che non si riesce a misurare direttamente). Durante le osservazioni, inoltre, la stella ha mostrato due brillamenti coronali, durante i quali l’emissione di raggi X è aumentata di 2-3 di volte rispetto all’emissione in stato quiescente.
Una volta sintetizzata la radiazione XUV della stella, il team ha analizzato gli effetti di tale radiazione sul pianeta gigante, HIP67522b. I risultati dipendono dalla massa del pianeta, che, come detto, non è ancora stata misurata con precisione. Nel caso di masse piccole, il modello sviluppato dagli autori prevede un elevato tasso di perdita di massa a causa degli effetti della radiazione XUV incidente. Nel caso estremo di una massa di 0.18 masse gioviane, ovvero 57 masse terrestri, la perdita di massa è pari a circa 1/100 di massa terrestre per milione di anni. Ciò implicherebbe una perdita di gran parte dell’atmosfera del pianeta in meno di 600 milioni di anni (da confrontare con i 4.5 miliardi di anni d’età del nostro Sole). Lo studio è descritto nell’articolo “XUV irradiation of young planetary atmospheres. Results from a joint XMM-Newton and HST observation of HIP67522“, recentemente pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics.
La figura di copertina (clicca qui per visualizzarla interamente) mostra lo spettro sintetizzato di HIP67522 dalla banda infrarossa ai raggi X. Il contributo XUV proveniente dall’atmosfera stellare si trova a sinistra, a lunghezze d’onda più corte. Il contributo fotosferico è rappresentato in verde.
Mario Giuseppe Guarcello
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