Inversione termica nelle atmosfere dei Gioviani Caldi. L’articolo: “The GAPS Programme at TNG. XXXIII. HARPS-N detects multiple atomic species in emission from the dayside of KELT-20b” di F. Borsa (INAF – OA Brera) pubblicato su A&A
L’inversione termica è un fenomeno che sulla Terra conosciamo bene, e che si crea quando, ad una data altezza, la temperatura degli strati più in alto aumenta anzichè diminuire. Questo fenomeno è generalmente dovuto a strati di aria calda che fluiscono sopra gli strati di aria più fredda sottostanti, e gioca un importante ruolo nella formazione di nubi e precipitazioni.
L’inversione termica è un fenomeno particolarmente importante anche per una classe specifica di esopianeti: i Gioviani Caldi. Questi giganti gassosi orbitano a distanze molto ravvicinate dalla loro stella (meno di 0.1 Unità Astronomiche, U.A., dove 1 U.A. è la distanza media tra Terra e Sole, pari a 150 milioni di km), intercettando un flusso di radiazione stellare particolarmente intenso. Per questo motivo, gli strati esterni dell’atmosfera dei gioviani caldi è riscaldata fino a temperature maggiori di 2000 gradi. Diversi studi condotti negli ultimi anni suggeriscono che nell’atmosfera dei gioviani caldi l’inversione termica avviene quando la temperatura degli strati atmosferici raggiunge i 1700 gradi circa, ed è dovuta principalmente all’assorbimento di radiazione stellare da parte di molecole come TiO (ossido di titanio), VO (ossidio di vanadio), e H2O (acqua).
Per studiare la chimica delle atmosfere di questi esopianeti si analizzano osservazioni spettroscopiche ad alta risoluzione di sistemi transitanti, ossia sistemi in cui il pianeta “transita” davanti alla propria stella dal nostro punto di vista durante la sua orbita. Osservazioni simili sono fornite, ad esempio, dal progetto GAPS (Global Architecture of Planetary Systems). Basato su osservazioni realizzate con lo spettrografo HARPS-N, montato al Telescopio Nazionale Galileo, GAPS ha come obiettivo lo studio dell’architettura dei sistemi esoplanetari e l’analisi chimica dettagliata dei pianeti transitanti.
Il team guidato dall’astrofisico F. Borsa (INAF – Osservatorio Astronomico di Brera) ha analizzato osservazioni GAPS dell’esopianeta KELT-20, un gioviano caldo che orbita attorno ad una stella di tipo spettrale A2 con un periodo orbitale di 3.5 giorni, allo scopo di verificare le condizioni di inversioni termica nella sua atmosfera. Questo esopianeta è stato oggetto di diversi studi, che hanno identificato vari elementi chimici nella sua atmosfera quali sodio, idrogeno, ferro, calcio e cromo. Dopo aver isolato il segnale emesso dall’esopianeta da quello stellare e misurato la presenza di ferro, sia neutro che ionizzato, e cromo, il team di ricercatori ha adottato complessi metodi statistici per confrontare lo spettro osservato con quelli sintetizzati da modelli atmosferici, allo scopo di derivare il profilo della temperatura in funzione della pressione nell’atmosfera di KELT-20. Lo studio ha confermato la presenza di inversione termica prodotta dall’assorbimento della radiazione UV, emessa dalla stella centrale, da parte di molecole di elementi pesanti negli strati esterni dell’atmosfera. Inoltre, i segnali misurati nello spettro di KELT-20 sembrano essere dipendenti dalla fase orbitale del pianeta: mentre i segnali del ferro neutro sono osservati in qualsiasi fase, quelli del ferro ionizzato e cromo sono più significativi solo dopo l’occultazione, ossia dopo che il pianeta è transitato dietro alla stella, mostrando a noi la porzione della sua atmosfera maggiormente riscaldata. Lo studio è descritto nell’articolo: “The GAPS Programme at TNG. XXXIII. HARPS-N detects multiple atomic species in emission from the dayside of KELT-20b“, recentemente pubblicato sulla rivista Astrononmy & Astrophysics. Tra i coautori, anche l’astrofisica S. Benatti di INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo.
La figura (cliccare qui per visualizzare l’immagine interamente) mostra il profilo di temperatura in funzione della pressione atmosferica di KELT-20. Gli strati atmosferici più interni sono quelli in basso, rappresentati da valori di pressione più elevati. Le diverse linee rappresentano i profili ottenuti dall’analisi di set di osservazioni distinti. La linea nera rappresenta il profilo ottenuto considerando tutte le osservazioni. L’inversione termica avviene negli strati dove si ha un aumento della temperatura al diminuire della pressione.
Mario Giuseppe Guarcello ( segui mguarce) ( youtube)
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