Il James Webb, dopo circa due mesi dall’inizio della sua campagna scientifica ha già dimostrato cosa è capace di fare. Oggi, 25 agosto, la NASA e l’ESA hanno comunicato che il telescopio spaziale è riuscito ad osservare per la prima volta prove definitive della presenza di anidride carbonica nell’atmosfera di un esopianeta. Si tratta di un gigante gassoso in orbita attorno ad una stella simile al Sole, a 700 anni luce di distanza da noi.

L’esopianeta in questione si chiama WASP-39b ed è stato scoperto solo nel 2011 grazie alla diminuzione di luminosità della sua stella, un fenomeno che avviene quando l’esopianeta transita fra la sorgente luminosa e noi, gli osservatori. Questa tecnica, chiamata “metodo del transito”, è una delle più usate per scoprire nuovi esopianeti, ed è stata usata anche dal James Webb. Il telescopio, catturando la luce della stella, ha caratterizzato le diverse lunghezza d’onda della luce che ha attraversato l’atmosfera di WASP-39b, individuandone indirettamente la composizione.

In questo caso, la tecnica di analisi è chiamata spettroscopia di trasmissione. Per questa rilevazione è stato usato lo spettrografo NIRSpec, a bordo del James Webb, lo strumento fornito dall’Agenzia Spaziale Europea. Nello spettro osservato, il picco fra 4.1 micron e 4.6 micron è equivalente alla presenza dell’anidride carbonica. Si tratta della prima prova della presenza di questa molecola in un pianeta esterno al Sistema Solare.

Lo spettro dell’anidride carbonica

“Non appena i dati sono apparsi sul mio schermo, l’enorme caratteristica dell’anidride carbonica mi ha catturato. È stato un momento speciale, in cui abbiamo varcato una soglia importante nella scienza degli esopianeti.” Così ha commentato Zafar Rustamkulov, studente laureato presso la Johns Hopkins University negli Stati Uniti e membro del team di esopianeti in transito.

Nel grafico, ogni punto bianco rappresenta una singola lunghezza d’onda rilevata. Le barre grigie verticali, passanti per il centro di ogni punto bianco, sono delle barre d’incertezza. Il picco al centro rappresenta l’anidride carbonica, che riesce ad assorbire più luce proveniente dalla stella rispetto ad altre molecole. La linea blu rappresenta invece il modello analitico dei ricercatori, costruito sulla base delle caratteristiche note dell’esopianeta. Il modello mostrato qui ipotizza che il pianeta sia composto principalmente da idrogeno ed elio con piccole quantità di acqua e anidride carbonica e con la presenza di un sottile velo di nubi.

L’osservazione è stata effettuata con la modalità NIRSpec PRISM bright object time-series, che prevede l’utilizzo di un prisma per diffondere la luce di un singolo oggetto luminoso (come la stella WASP-39) e misurare la luminosità di ciascuna lunghezza d’onda a intervalli di tempo stabiliti. I dati sono stati raccolti il 10 luglio 2022.

L’esopianeta WASP-39b

WASP-39b è un esopianeta particolare. Ha un diametro di circa 1.3 volte quello di Giove, mentre una massa che è solo un quarto (circa come quella di Saturno). La sua densità è quindi minore rispetto al gigante gassoso del nostro sistema solare. Questo è principalmente dovuto alla sua temperatura, di circa 900 C°. Essa è dovuta anche alla sua vicinanza rispetto alla sua stella, equivalente ad un ottavo di quella di Mercurio dal Sole. WASP-39b impiega quattro giorni a completare una rivoluzione intorno alla sua stella.

Grazie alle sue caratteristiche fisiche (l’atmosfera particolarmente “gonfia”) e i suoi transiti frequenti, l’esopianeta è stato da subito un soggetto ideale per lo studio tramite la tecnica dei transiti. La scoperta dell’anidride carbonica nell’atmosfera di questo esopianeta pone da subito grandi aspettative sia sul futuro della ricerca con il James Webb, sia sulla scienza planetaria. Comprendere la composizione di un esopianeta ci permette infatti di capire più nel dettaglio la sua storia, la sua evoluzione e come interagisce con la sua stella.

“Le molecole di anidride carbonica sono traccianti sensibili della storia della formazione dei pianeti”, ha dichiarato il membro del team Mike Line dell’Arizona State University, USA. “Misurando questa caratteristica dell’anidride carbonica, possiamo determinare quanto materiale solido e quanto gassoso è stato utilizzato per formare questo pianeta gigante gassoso”. Nel prossimo decennio, Webb effettuerà questa misurazione per una serie di pianeti, fornendo approfondimenti sui dettagli della formazione dei pianeti e sull’unicità del nostro Sistema Solare”.

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