Il telescopio spaziale James Webb ha fotografato alcuni esopianeti giganti ricchi di anidride carbonica all’interno di un sistema planetario.

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1 Il sistema HR 8799
2 Un’immagine unica
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Il telescopio spaziale James Webb della NASA ha catturato le incredibili immagini dirette di più pianeti giganti gassosi all’interno di un iconico sistema planetario. HR 8799, un giovane sistema a 130 anni luce di distanza, è da tempo un obiettivo chiave per gli studi sulla formazione dei pianeti. Le osservazioni indicano che gli esopianeti di HR 8799 sono ricchi di gas di anidride carbonica. Ciò fornisce una forte prova che i quattro pianeti giganti del sistema si sono formati in modo molto simile a Giove e Saturno, costruendo lentamente nuclei solidi che attraggono gas dall’interno di un disco protoplanetario, un processo noto come accrescimento del nucleo. I risultati confermano anche che Webb può dedurre la chimica delle atmosfere degli esopianeti tramite imaging. Questa tecnica integra i potenti strumenti spettroscopici di Webb, che possono risolvere la composizione atmosferica.

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Il sistema HR 8799

Il telescopio spaziale James Webb della NASA ha fornito l’immagine più chiara nell’infrarosso finora ottenuta sull’iconico sistema multi-pianeta HR 8799. Il pianeta più vicino alla stella, HR 8799 e, orbita a 1,5 miliardi di miglia dalla sua stella, che nel nostro sistema solare si troverebbe tra l’orbita di Saturno e Nettuno. Il più lontano, HR 8799 b, orbita a circa 6,3 miliardi di miglia dalla stella, più del doppio della distanza orbitale di Nettuno. I colori sono applicati ai filtri della NIRCam (Near-Infrared Camera) di Webb, rivelandone le differenze intrinseche. Un simbolo a forma di stella indica la posizione della stella ospite HR 8799, la cui luce è stata bloccata dal coronografo. In questa immagine, il colore blu è assegnato alla luce da 4,1 micron, il verde alla luce da 4,3 micron e il rosso alla luce da 4,6 micron. Crediti: NASA, ESA, CSA, STScI, W. Balmer (JHU), L. Pueyo (STScI), M. Perrin (STScI)

HR 8799 è un sistema giovane di circa 30 milioni di anni, una frazione dei 4,6 miliardi di anni del nostro Sistema Solare. Ancora caldi per la loro tumultuosa formazione, i pianeti all’interno di HR 8799 emettono grandi quantità di luce infrarossa che forniscono agli scienziati dati preziosi su come si sono formati.

I pianeti giganti possono prendere forma in due modi: costruendo lentamente nuclei solidi con elementi più pesanti che attraggono il gas, proprio come i giganti nel nostro Sistema Solare, oppure quando particelle di gas si fondono rapidamente in oggetti massicci dal disco di raffreddamento di una giovane stella, che è costituito principalmente dallo stesso tipo di materiale della stella. Il primo processo è chiamato accrescimento del nucleo, e il secondo è chiamato instabilità del disco. Sapere quale modello di formazione è più comune può dare agli scienziati indizi per distinguere tra i tipi di pianeti che trovano in altri sistemi.

“La nostra speranza con questo tipo di ricerca è di comprendere il nostro sistema solare, la vita e noi stessi nel confronto con altri sistemi esoplanetari, così da poter contestualizzare la nostra esistenza“, ha detto ha affermato William Balmer, della Johns Hopkins University di Baltimora e autore principale dello studio. “Vogliamo scattare foto di altri sistemi solari e vedere quanto sono simili o diversi rispetto al nostro. Da lì, possiamo provare a farci un’idea di quanto sia strano il nostro sistema solare, o di quanto sia normale“.

Un’immagine unica

Esopianeti su 51 Eridani James Webb
La NIRCam (Near-Infrared Camera) di Webb ha catturato questa immagine di 51 Eridani b (noto anche come 51 Eri b), un esopianeta giovane e freddo che orbita a 890 milioni di miglia dalla sua stella, simile all’orbita di Saturno nel nostro sistema solare. Il sistema 51 Eridani dista 97 anni luce dalla Terra. Questa immagine include filtri che rappresentano la luce di 4,1 micron come rossa. Il rosso di sfondo in questa immagine non è luce proveniente da altri pianeti, ma un risultato della sottrazione di luce durante l’elaborazione dell’immagine. Crediti: NASA, ESA, CSA, STScI, W. Balmer (JHU), L. Pueyo (STScI), M. Perrin (STScI)

Dei quasi 6.000 esopianeti scoperti, pochi sono stati ripresi direttamente, poiché persino i pianeti giganti sono migliaia di volte più deboli delle loro stelle. Le immagini di HR 8799 e 51 Eridani sono state rese possibili dal coronografo NIRCam (Near-Infrared Camera) del James Webb, che blocca la luce delle stelle luminose per rivelare mondi altrimenti nascosti.

Questa tecnologia ha permesso al team di cercare la luce infrarossa emessa dai pianeti in lunghezze d’onda che vengono assorbite da gas specifici. Il team ha scoperto che i quattro pianeti HR 8799 contengono più elementi pesanti di quanto si pensasse in precedenza. Il team sta aprendo ora la strada a osservazioni più dettagliate per determinare se gli oggetti che vedono orbitare attorno ad altre stelle sono davvero pianeti giganti o oggetti come le nane brune, che si formano come le stelle ma non accumulano abbastanza massa per innescare la fusione nucleare.

HR 8799 Anidride Carbonica James Webb
Questo grafico mostra lo spettro di uno dei pianeti del sistema HR 8799, HR 8799 e. Le impronte spettrali dell’anidride carbonica e del monossido di carbonio compaiono nei dati raccolti dalla NIRCam (Near-Infrared Camera) di Webb. Crediti: NASA, ESA, CSA, STScI, J. Olmsted (STScI)

“Sapevamo che Webb poteva misurare i colori dei pianeti esterni in sistemi di immagini dirette“, ha aggiunto Rémi Soummer, direttore del Russell B. Makidon Optics Lab di STScI ed ex responsabile delle operazioni del coronografo Webb. “Aspettavamo da 10 anni la conferma che le nostre operazioni del telescopio, messe a punto con precisione, ci avrebbero consentito di accedere anche ai pianeti interni. Ora i risultati sono arrivati ​​e ora, grazie ad esso, possiamo iniziare una ricerca scientifica molto interessante.“

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Per saperne di più

  • Leggi l’articolo originale sul portale NASA Science
  • Leggi il paper scientifico intitolato “JWST-TST High Contrast: Living on the Wedge, or, NIRCam Bar Coronagraphy Reveals CO2 in the HR 8799 and 51 Eri Exoplanets’ Atmospheres” pubblicato su The Astrophysical Journal