[:it]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 [:en]The chemical composition of the Hot Jupiter HD 209458b tells us about its history. The study: “Five carbon- and nitrogen-bearing species in a hot giant planet’s atmosphere” of P. Giacobbe (INAF – OATo) recently appeared on Nature [:]
[:it]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)
Iscriviti al canale Youtube dell’Osservatorio Astronomico di Palermo[:en]The discovery of the first planet orbiting around another star occurred in the 1995, thanks to the astronomers Michel Mayor and Didier Queloz. This discovery set a milestone in astronomy both because it was the first observational confirmation of the existence of planets orbiting around other stars (in this case 51 Pegasi), and because of the nature of this exoplanet. It is, in fact, a gas giant orbiting on a very close distance around its star (about one tenth of the distance between the Sun and Mercury). The formation of planets of this type, called Hot Jupiters, is still controversial.
The widely accepted theory to explain the formation of the Hot Jupiters is that of the planetary migrations. The early evolution of planetary systems is quite chaotic, with frequent violent collisions, and processes in act that force planets to move radially toward or far away from their central stars. These migrations can be quite important for the chemical evolution of young planets. During these phases, in fact, planets are still embedded in the disk of gas and dust from which they are accreting mass, called protoplanetary disks. The chemical abundances of disks change with the distance from the central star, mainly because of the decreasing temperature and less intense intercepted stellar radiation. In this contest, important locations are the “snow lines” of given chemical elements, which are the locations in the disks at which the local temperature allows a given chemical element to condense. This means that closer than its snow line, the abundance of that element decreases, while it is more abundant for larger distances.
The study of the chemical composition of Hot Jupiters thus offers an important opportunity to understand the role of planetary migrations in the formation of this class of planets. To this aim, the team led by the astronomer P. Giacobbe (INAF – Astrophysical Observatory of Turin) have studied the chemical composition of the Hot Jupiter HD 209458b from observations acquired with the spectrograph GIANO-B, mounted on the Telescopio Nazionale Galileo. This is a well studied planet orbiting around a solar-type star at a distance of about 150 light years from the Sun. The astronomers have detected the presence of six new molecules in its atmosphere: water, carbon monoxide, hydrogen cyanide, methane, ammonia and acetylene. They also found that the atmosphere of HD 209458b is rich in carbon, with a C/O abundances ratio slightly larger than one (for comparison, in the Sun such ratio is 0.55). By comparing this finding with models describing the physical and chemical properties of protoplanetary disks, they concluded that HD 209458b formed farther than the water snow line, and in particular between the carbon dioxide and carbon monoxide snow lines, lying at a distance from the central star of 5-8 AU (Astronomical Unit, which is the average Earth-Sun distance, equal to 150 million km) and 30-40 AU, respectively, and then it migrated inward. The study is described in the paper: “Five carbon- and nitrogen-bearing species in a hot giant planet’s atmosphere“, recently appeared on Nature. The astronomers S. Benatti, A. Maggio, J. Maldonado e G. Micela of INAF – Astronomical Observatory of Palermo are co-authors of this study.
The figure (click here to visualize the entire image) shows the correlation between the GIANO-B spectra of HD 209458 b and synthetic spectra obtained from a model describing the atmosphere of the planet which also accounts for the presence of the given molecules. In each panel, the correlation is shown as a function of the velocity of the planet in the frame of reference of the planet itself (which is null by definition) and the maximum planet radial velocity (145 km/s). These values are marked with dashed lines. As shown by the bar over each panel, the colors indicate the significance of the correlation: larger values indicate stronger detection of the signal of the given molecule in the observed spectra.
Mario Giuseppe Guarcello ( follow mguarce) ( youtube)
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