La composizione chimica del gioviano caldo HD 209458b ci racconta la sua origine. L’articolo: “Five carbon- and nitrogen-bearing species in a hot giant planet’s atmosphere” di P. Giacobbe (INAF – OATo) pubblicato su Nature
La scoperta del primo pianeta attorno una stella diversa dal Sole è avvenuta nel 1995, per opera degli astronomi Michel Mayor e Didier Queloz. Questa scoperta fu una vera rivoluzione nel campo dell’astronomia, non solo perchè era la prima conferma osservativa dell’esistenza di pianeti attorno altre stelle (in questo caso 51 Pegasi), ma anche perché il pianeta in questione era un gigante gassoso in un’orbita stretta attorno la propria stella (circa un decimo della distanza Sole-Mercurio), ossia un gioviano caldo. Pianeti di questo tipo non sono presenti nel Sistema Solare, ed ancora oggi il meccanismo di formazione di questi pianeti è poco chiaro.
La teoria più accreditata proposta per spiegare la formazione dei Gioviani caldi è quella della migrazione planetaria. Le prime fasi evolutive dei sistemi planetari, infatti, sono assai turbolente, caratterizzate da continue collisioni, anche molto violente, e processi in atto che portano i pianeti a migrare radialmente allontanandosi o avvicinandosi alla stella. Queste migrazioni sono estremamente importanti per l’evoluzione chimica dei pianeti. Durante le loro prime fasi evolutive, infatti, i pianeti sono immersi nel disco di gas e polveri da cui si sono formati, chiamati dischi protoplanetari. L’abbondanza dei vari elementi chimici nei dischi, e quindi il tipo di elementi che un giovane pianeta in migrazione radiale può accrescere, cambia in in funzione della distanza dalla stella centrale. Questo soprattutto a causa del diminuire della temperatura del disco e della quantità di radiazione stellare intercettata dalla superficie del disco man mano che la distanza dalla stella aumenta. Di particolare importanza in questo contesto sono le “linee della neve”, ossia le posizioni nel disco dove la temperatura locale permette ad un determinato elemento chimico di condensare. Per distanze minori di una data linea della neve, infatti, il dato elemento diventa più raro, mentre per distanze maggiori l’elemento chimico è più abbondante.
L’analisi della composizione chimica delle atmosfere dei Gioviani caldi offre un’importante opportunità per studiare le migrazioni che hanno eventualmente portato questi pianeti nelle loro orbite attuali. A questo scopo, il team di ricercatori guidato dall’astrofisico P. Giacobbe (INAF – Osservatorio Astrofisico di Torino) ha analizzato la composizione chimica del Gioviano caldo HD 209458b, che orbita attorno una stella simile al Sole alla distanza di circa 150 anni luce da noi, tramite osservazioni ottenute con lo spettrografo GIANO-B montato al Telescopio Nazionale Galileo. Gli astronomi hanno identificato nell’atmosfera del pianeta la presenza di acqua, monossido di carbonio, acido cianidrico, metano, ammoniaca e acetilene, e hanno verificato che l’atmosfera di HD 209458b è ricca di carbonio, con un rapporto tra le abbondanze di carbonio ed ossigeno di poco maggiore di 1 (per confronto, questo rapporto nel Sole è pari a 0.55). Confrontando questa abbondanza con modelli teorici che descrivono le proprietà fisiche e chimiche dei dischi protoplanetari, l’abbondanza di carbonio osservata nell’atmosfera di HD 209458b suggerisce che il pianeta si sia formato oltre la linea della neve dell’acqua, ed esattamente tra le linee della neve del diossido e del monossido di carbonio, rispettivamente a 5-8 UA (Unità Astronomica, ossia la distanza media tra Terra e Sole, pari a 150 milioni di km) e 30-40 UA, migrando poi radialmente fino all’orbita attuale. Lo studio è descritto nell’articolo: “Five carbon- and nitrogen-bearing species in a hot giant planet’s atmosphere“, recentemente pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica Nature. Allo studio hanno partecipato anche gli astronomi S. Benatti, A. Maggio, J. Maldonado e G. Micela dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo.
La figura (cliccare su questo link per visualizzare l’immagine completa) mostra la correlazione tra gli spettri GIANO-B di HD 209458b e spettri sintetici ottenuti da un modello dell’atmosfera del pianeta, nel quale è considerata la presenza delle molecole indicate. Per ogni molecola, la correlazione è mostrata in funzione della velocità del pianeta nel sistema di riferimento del pianeta stesso (di valore nullo per definizione) e la velocità radiale massima (145 km/s). I valori del pianeta sono contrassegnati da linee tratteggiate. Come indicato dalla bara mostrata sopra ogni pannello, il colore indica la significatività della correlazione trovata: maggiore è questo valore, più significativo da un punto di vista statistico è il segnale della data molecola negli spettri osservati.
Mario Giuseppe Guarcello ( segui mguarce) ( youtube)
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