[:it]Come la radiazione X/UV delle stelle può influenzare la chimica delle atmosfere dei pianeti. Lo studio: “Extreme-ultraviolet- and X-Ray-driven Photochemistry of Gaseous Exoplanets” di D. Locci (INAF – OAPA) pubblicato su PSJ[:en]As X/UV radiation affects the chemistry of planetary atmosphere. The study: “Extreme-ultraviolet- and X-Ray-driven Photochemistry of Gaseous Exoplanets” of D. Locci (INAF – OAPA) recently appeared on PSJ[:]

[:it]Tra i 4903 esopianeti (fonte: https://exoplanets.nasa.gov/) scoperti e confermati finora (Gennaio 2022), alcuni orbitano a distanze molto ravvicinate dalla loro stella. In realtà, fu proprio il primo pianeta scoperto attorno ad una stella diversa dal Sole (51 Pegasi b, scoperto nel 1995) ad insegnarci che l’esistenza di pianeti in orbite così strette era possibile. 51 Pegasi b, infatti, orbita a soli 0.05 Unità Astronomiche (UA, 1 UA è la distanza media tra Terra e Sole, pari a 150 milioni di km) dalla sua stella, ossia poco più di un decimo della distanza tra Mercurio e Sole.

 

A distanze così ravvicinate dalla propria stella, i pianeti subiscono conseguenze importanti dovute all’intensità della radiazione stellare incidente. In particolare, la radiazione ultravioletta estrema (EUV) ed i raggi X possono avere importanti conseguenze sull’atmosfera planetaria, ionizzando gli atomi dei gas negli strati esterni dell’atmosfera. I fotoni a lunghezza d’onda maggiore (radiazione ottica, IR, etc.. ) semplicemente non hanno l’energia necessaria per venire assorbiti dagli atomi privandoli di uno o più elettroni.

 

Il team guidato dall’astronomo D. Locci (INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo) ha presentato un’analisi delle reazioni chimiche che avvengono nelle atmosfere di esopianeti su cui incide un’intensa radiazione X ed EUV. Secondo questo studio, i due tipi di radiazione possono influenzare l’atmosfera di un esopianeta in modo diverso. I raggi EUV, infatti, sono assorbiti negli strati più esterni dell’atmosfera, principalmente da molecole che contengono idrogeno ed elio. I raggi X, invece, riescono a penetrare più in profondità, dove ionizzano specie atomiche più pesanti. In queste condizioni, quindi, nell’atmosfera si vengono a creare due zone separate, una più esterna dove la ionizzazione è dominata dai raggi EUV ed una più interna dominata invece dai raggi X. Le differenze, però, non si fermano qua. I raggi X, infatti, riescono a produrre un’intensa cascata di elettroni dagli atomi ionizzati, i quali inducono eventi di ionizzazione secondaria che interessano le molecole contenenti idrogeno ed elio, dando origine ad una chimica caratteristica. Questi processi quindi modificano enormemente le abbondanze e la stratificazione nelle atmosfere dei vari elementi chimici e di molecole come acqua, CO, CO2, ed idrocarburi, che risultano essere ben diverse da quelle che si avrebbero all’equilibrio. Lo studio è descritto nell’articolo “Extreme-ultraviolet- and X-Ray-driven Photochemistry of Gaseous Exoplanets“, recentemente pubblicato dalla rivista The Planetary Science Journal.

 

La figura (cliccare qui per visualizza l’immagine interamente) mostra i profili di densità di varie molecole a diversi valori di pressione, per vari valori di radiazione incidente sull’atmosfera planetaria:

• linee rosse, intensità intermedia (luminosità ai raggi X della stella Lx=10²⁸ erg s⁻¹; temperatura media della corona stellare Tx=0.5 keV)
• linee viola, intensità bassa (luminosità ai raggi X Lx=10²⁷ erg s⁻¹; temperatura media della corona stellare Tx=0.3 keV)
• linee azzurre, intensità elevata (luminosità ai raggi X Lx=10³⁰ erg s⁻¹; temperatura media della corona stellare Tx=1 keV)
• linee blu, no radiazione X
• simboli verdi, no radiazione EUV e X
• simboli neri, no radiazione EUV

 

Mario Giuseppe Guarcello  ( segui mguarce) ( youtube)

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With such a close distance from their stars, these planets are strongly affected by the intense incident stellar radiation. In particular, intense incident EUV (extreme ultraviolet) and X-ray radiation has important effects on planetary atmospheres, being able to ionize atoms and molecules in the outer atmospheric layers. Photons with longer wavelength (such optical and IR radiation) simply are not energetic enough to be absorbed by atoms removing one or more electrons.

 

The team led by the astronomer D. Locci (INAF – Astronomical Observatory of Palermo) recently presented a detailed analysis of the chemical reactions taking place in planetary atmospheres strongly irradiated by EUV and X-ray photons. From their study results that the two type of radiation have different effects on the planetary atmospheres. In fact, EUV photons are absorbed by the outer layers of gas ionizing molecules bearing hydrogen and helium atoms, while X-ray photons penetrate deeper, where they ionize heavier atoms. This results in the setting of two different regions in the atmosphere: an outer layer where ionization is dominated by EUV photons, and an inner zone where it is dominated by X-ray photons. However, there are other important differences. X-ray photons, in fact, create a cascade of electrons that produce secondary ionization events on hydrogen and helium-bearing molecules. All these processes, thus, modify the abundances and stratification across the atmosphere of the various molecules, such as water, CO, CO2, and hydrocarbons, which depart significantly from equilibrium. The study is described in the paper: “Extreme-ultraviolet- and X-Ray-driven Photochemistry of Gaseous Exoplanets“, recently appeared on the The Planetary Science Journal.

 

The figure (click here to visualize the entire image) shows how the density of the various molecules change as a function of pressure in the atmosphere, for different values of incident radiation:

• red lines, average intensity (X-ray luminosity of the star Lx=10²⁸ erg s⁻¹; mean temperature of stellar corona Tx=0.5 keV)
• purple lines, low intensity (X-ray luminosity of the star Lx=10²⁷ erg s⁻¹; mean temperature of stellar corona Tx=0.3 keV)
• pale blue lines, high intensity (X-ray luminosity of the star Lx=10³⁰ erg s⁻¹; mean temperature of stellar corona Tx=1 keV)
• blue lines, no X-ray radiation
• green symbols, no EUV and X-ray radiation
• black symbols, no EUV radiation

 

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