Il telescopio spaziale James Webb ha osservato un esopianeta con un’insolita atmosfera plasmata dalla pulsar attorno a cui sta orbitando.
Utilizzando il telescopio spaziale James Webb della NASA, gli scienziati hanno osservato un raro tipo di esopianeta, un pianeta al di fuori del nostro Sistema Solare, la cui composizione atmosferica mette alla prova la nostra comprensione della sua formazione. Ufficialmente denominato PSR J2322-2650b, questo oggetto di massa simile a Giove sembra avere un’atmosfera esotica dominata da elio e carbonio, diversa da qualsiasi altra mai vista prima. È probabile che nubi di fuliggine fluttuino nell’aria e, nelle profondità del pianeta, queste nubi di carbonio possono condensarsi e formare diamanti. Come si sia formato il pianeta è un mistero.
In orbita attorno a una pulsar
Si sapeva che questo oggetto di massa planetaria orbitava attorno a una pulsar, una stella di neutroni in rapida rotazione. Una pulsar emette fasci di radiazione elettromagnetica a intervalli regolari, tipicamente compresi tra millisecondi e secondi. Questi fasci pulsanti possono essere visti solo quando sono puntati direttamente verso la Terra, proprio come i raggi di un faro. Si prevede che questa pulsar al millisecondo emetta principalmente raggi gamma e altre particelle ad alta energia, invisibili alla visione infrarossa del James Webb. Senza una stella luminosa sul suo cammino, gli scienziati possono studiare l’esopianeta nei minimi dettagli lungo tutta la sua orbita.
“Questo sistema è unico perché siamo in grado di osservare il pianeta illuminato dalla sua stella madre, ma non di vedere affatto la stella madre“, ha affermato Maya Beleznay, dottoranda al terzo anno presso la Stanford University, che ha lavorato alla modellazione della forma dell’esopianeta e della geometria della sua orbita. “Quindi otteniamo uno spettro davvero incontaminato. E possiamo studiare questo sistema in modo più dettagliato rispetto ai normali esopianeti.”
“Il pianeta orbita attorno a una stella completamente bizzarra: possiede la massa del Sole ma ha le dimensioni di una città“, ha affermato Michael Zhang dell’Università di Chicago, ricercatore principale di questo studio. “Si tratta di un nuovo tipo di atmosfera planetaria che nessuno aveva mai visto prima. Invece di trovare le normali molecole che ci aspettiamo di vedere su un esopianeta – come acqua, metano e anidride carbonica – abbiamo trovato carbonio molecolare, in particolare C3 e C2”.
Un’atmosfera insolita
Il carbonio molecolare è molto insolito perché a queste temperature, se ci sono altri tipi di atomi nell’atmosfera, il carbonio si legherà a loro. Le temperature sull’esopianeta vanno infatti da 550 °C nei punti più freddi del lato notturno a 1800 °C nei punti più caldi del lato diurno. Il carbonio molecolare è dominante solo se non c’è quasi ossigeno o azoto. Dei circa 150 pianeti che gli astronomi hanno studiato in dettaglio, dentro e fuori dal Sistema Solare, nessun altro possiede carbonio molecolare rilevabile.
PSR J2322-2650b è straordinariamente vicino alla sua stella, a soli 1,6 milioni di chilometri di distanza. Al contrario, la distanza della Terra dal Sole è di circa 160 milioni di chilometri. Grazie alla sua orbita estremamente stretta, l’intero anno dell’esopianeta – il tempo che impiega a compiere un giro completo attorno alla sua stella – è di sole 7,8 ore. Le forze gravitazionali della pulsar, molto più pesante, stanno attraendo l’esopianeta di massa gioviana in una bizzarra forma a limone.
Insieme, la stella e l’esopianeta possono essere considerati un sistema definito “vedova nera”, sebbene non ne rappresentino un esempio tipico. I sistemi vedova nera sono un raro tipo di sistema doppio in cui una pulsar in rapida rotazione è accoppiata a una piccola compagna stellare di piccola massa. In passato, il materiale della compagna si riversava sulla pulsar, facendola ruotare più velocemente nel tempo, alimentando un forte vento. Quel vento e quella radiazione bombardano e fanno evaporare la compagna più piccola e meno massiccia. Come il ragno da cui prende il nome, la pulsar consuma lentamente la sua sfortunata compagna.
Un sistema tra una stella e un’esopianeta
Ma in questo caso, il compagno è ufficialmente considerato un’esopianeta, non una stella. L’Unione Astronomica Internazionale definisce un esopianeta come un corpo celeste con una massa inferiore a 13 volte quella di Giove che orbita attorno a una stella, una nana bruna o un resto stellare, come una pulsar. Dei 6.000 esopianeti conosciuti, questo è l’unico che ricorda un gigante gassoso (con massa, raggio e temperatura simili a quelli di un Giove caldo) in orbita attorno a una pulsar. Solo una manciata di pulsar è nota per avere pianeti.
“Si è formato come un pianeta normale? No, perché la composizione è completamente diversa“, ha detto Zhang. “Si è formato spogliando l’esterno di una stella, come si formano i ‘normali’ sistemi di vedova nera? Probabilmente no, perché la fisica nucleare non produce carbonio puro. È molto difficile immaginare come si ottenga questa composizione estremamente ricca di carbonio. Sembra escludere ogni meccanismo di formazione noto.“
Roger Romani, coautore dello studio e membro della Stanford University e del Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, propone un fenomeno suggestivo che potrebbe verificarsi in questa atmosfera unica. “Quando la stella compagna si raffredda, la miscela di carbonio e ossigeno al suo interno inizia a cristallizzarsi“, ha detto Romani. “I cristalli di carbonio puro salgono in superficie e si mescolano all’elio, ed è quello che vediamo. Ma poi deve succedere qualcosa per tenere lontani l’ossigeno e l’azoto. Ed è qui che entra in gioco il mistero“.
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Per saperne di più
- Leggi l’articolo originale sul sito NASA Science
- Leggi il paper scientifico intitolato “A Carbon-rich Atmosphere on a Windy Pulsar Planet” pubblicato su The Astrophysical Journal Letters.
