“L’atmosfera del pianeta ha dei comportamenti che sfidano la nostra comprensione di come funziona il meteo, non solo sulla Terra, ma su tutti i pianeti. Sembra un film di fantascienza”: sono le parole di Julia Victoria Seidel, ricercatrice all’Eso (Osservatorio europeo australe), in Cile, e prima autrice principale di uno studio, pubblicato nei giorni scorsi Nature, sull’esopianeta Wasp-121b e che vede come coautori anche due astronomi dell’Inaf, Lorenzo Pino e Francesco Borsa. Noto anche come Tylos, Wasp-121b si trova a circa 900 anni luce di distanza da noi nella costellazione della Poppa. È un pianeta gioviano ultra-caldo, un gigante gassoso in orbita così vicino alla stella madre che un anno, lì, dura appena trenta ore terrestri. Inoltre, un lato del pianeta è rovente, poiché è sempre rivolto verso la stella, mentre l’altro lato è molto più freddo. Un tipo di clima mai osservato prima su nessun pianeta.

Tylos è un gigante gassoso situato a circa 900 anni luce da noi nella costellazione della Poppa. Utilizzando lo strumento Espresso del Very Large Telescope dell’Eso è stato possibile ricostruirne per la prima volta – per un esopianeta – l’atmosfera in tre dimensioni. Si è così scoperto che è divisa in tre strati, con venti di ferro nella parte inferiore, seguiti da un getto molto veloce di sodio e infine da uno strato superiore di venti di idrogeno tanto che al persino i più violenti uragani del Sistema solare sembrano un “venticello” secondo i ricercatori. Il gruppo di lavoro ha esplorato in profondità l’atmosfera di Tylos e ha rivelato venti distinti in strati separati, che risultano nella mappa tridimensionale della struttura dell’atmosfera. È la prima volta che gli astronomi hanno potuto studiare l’atmosfera di un pianeta al di fuori del Sistema solare in modo così approfondito e dettagliato. “Ciò che abbiamo scoperto è stato sorprendente: una corrente a getto fa ruotare il materiale intorno all’equatore del pianeta, mentre un flusso separato ai livelli inferiori dell’atmosfera sposta il gas dal lato caldo a quello più freddo. Questo tipo di clima non è mai stato osservato prima su nessun pianeta” afferma Seidel, che è anche ricercatrice presso il Lagrange Laboratory, parte dell’Observatoire de la Cote d’Azur, in Francia. La corrente a getto osservata attraversa metà del pianeta, guadagnando velocità e scuotendo violentemente gli strati superiori dell’atmosfera mentre attraversa il lato caldo di Tylos.

“Nelle regioni più profonde, il materiale è ridistribuito tramite venti diretti direttamente dal lato diurno a quello notturno. Questo meccanismo - spiega a Media Inaf uno dei coautori dello studio, l’astrofisico Lorenzo Pino dell’Inaf di Arcetri -, è alla base della redistribuzione di calore dal lato diurno – dove la stella deposita la sua energia – a quello notturno del pianeta. I modelli indicano che la presenza di un campo magnetico limita l’intensità di questo tipo di venti, ma i dati mostrano che questo effetto non è molto forte in Wasp-121b. Invece, è necessario che parte del calore venga liberata nel lato notturno attraverso specifiche reazioni chimiche che coinvolgono la formazione di idrogeno molecolare a partire dalla sua forma atomica – una reazione che libera energia. “Più in alto - continua Pino -, abbiamo osservato una corrente a jet di forza inattesa, cento volte più veloce dei venti misurati in Giove. I modelli non sono attualmente in grado di spiegare questi venti, che rappresentano forse la scoperta più inattesa. È possibile che anche questo tipo di circolazione atmosferica richieda la presenza di campi magnetici, ma l’effetto andrà quantificato in futuro con modelli dedicati. Infine, nelle regioni più esterne dell’atmosfera abbiamo osservato una parziale transizione a dei venti orientati verticalmente. Pensiamo che questo fenomeno sia collegato al fenomeno dell’evaporazione dell’atmosfera del pianeta, cioè una perdita di massa, che però non sarà sufficiente a distruggere questo pianeta, che è massiccio. I meccanismi alla base di questo fenomeno, che riguarda molti giganti gassosi caldi, non sono ancora chiariti, e questo studio mostra che la transizione da regimi di circolazione orizzontale a regimi verticali – che genererebbero poi la perdita di massa – è graduale, e dunque potenzialmente collegato. Ulteriori studi saranno necessari sia per determinare la velocità di questi moti verticali, sia per modellare la transizione tra i regimi di circolazione orizzontale e verticale”.

Per scoprire la struttura in tre dimensioni dell’atmosfera dell’esopianeta, il gruppo ha utilizzato lo strumento Espresso, installato sul Vlt dell’Eso per combinare la luce dei quattro telescopi individuali in un singolo segnale. Questa modalità di combinazione del Vlt raccoglie quattro volte più luce di un singolo telescopio, permettendo di rivelare dettagli più deboli. Osservando il pianeta per un transito completo davanti alla stella madre, Espresso ha trovato l’impronta di vari elementi chimici, sondando di conseguenza diversi strati dell’atmosfera. “È davvero incredibile che siamo in grado di studiare dettagli come la composizione chimica e la struttura climatica di un pianeta a una distanza così grande” dice Bibiana Prinoth, dottoranda all’Università di Lund (Svezia) e all’Eso, coautrice dell’articolo di Nature e prima autrice di uno studio correlato, pubblicato su Astronomy & Astrophysics, che ha rivelato l’inattesa presenza di titanio appena sotto la corrente a getto. “Questo risultato conferma le capacità eccezionali dello spettrografo ad altissima risoluzione Espresso - ribadisce uno dei coautori dello studio su Astronomy & Astrophysics, Francesco Borsa dell’Inaf di Brera - il primo strumento in grado di osservare simultaneamente con tutti e quattro i telescopi del Very Large Telescope simultaneamente, simulando un telescopio da 16 metri di diametro. Le prime osservazioni in questo modo osservativo dell’atmosfera di Wasp-121b (il primo esopianeta ad avere questo tipo di osservazioni) erano state pubblicate nel 2021 e già avevano dimostrato la loro eccezionalità, ma erano purtroppo solo parziali. Con questo studio si è completata la parte mancante delle osservazioni, e i risultati ci hanno permesso di studiare la chimica e fisica atmosferica di questo gioviano ultracaldo al variare di latitudine e longitudine. In particolare, la presenza di titanio sembra essere limitata alle regioni equatoriali, suggerendo un rimescolamento atmosferico limitato. Lo studio del titanio e dei suoi composti ci aiuta a capire come avvengono i meccanismi di condensazione in queste atmosfere planetarie dalle temperature estreme. I livelli di dettaglio raggiunti osservando con i quattro Vlt simultaneamente confermano le grandi aspettative che si hanno verso l’Extremely Large Telescope per lo studio delle atmosfere di esopianeti, con obiettivo l’osservazione di atmosfere di esopianeti potenzialmente abitabili”. (20 feb - red)