I silicati, ovvero minerali ricchi di silicio e ossigeno, sono molto comuni sulla Terra e sulla Luna, e in altri corpi rocciosi del nostro Sistema Solare. Tuttavia nell’atmosfera di pianeti extrasolari e nane brune, i silicati finora trovati erano principalmente ricchi di magnesio, come olivina e pirosseno.

Ora, utilizzando il James Webb, sono state trovate tracce di nanocristalli di quarzo nelle nuvole ad alta quota di WASP-17 b, esopianeta gigante di tipo gioviano caldo a 1300 anni luce dalla Terra. La scoperta è stata possibile grazie all’alta sensibilità del MIRI (Mid InfraRed Instrumet) di Webb, e rappresenta il primo rilevamento di particelle di silice (SiO2) pura in un’esoatmosfera.

Già Hubble aveva fatto sospettare agli scienziati che le nuvole di WASP-17 b ospitassero aerosol, ma nessuno pensava che quelle minuscole particelle fossero costituite di quarzo. Il risultato dà quindi una nuova svolta alla comprensione di come le nubi di pianeti diversi dal nostro sistema planetario si formano ed evolvono.

La scoperta di Webb

WASP-17 b è uno dei pianeti extrasolari più grandi e gonfi conosciuti. Ha un volume più di sette volte quello di Giove, e una massa inferiore alla metà di quella di Giove. Questo, insieme al suo breve periodo orbitale di soli 3.7 giorni terrestri, rende il pianeta ideale per la spettroscopia di trasmissione. Si tratta di una tecnica che prevede la misurazione degli effetti di filtraggio e diffusione dell’atmosfera di un pianeta sulla luce stellare.

Il James Webb ha osservato il sistema WASP-17 per quasi 10 ore, raccogliendo più di 1275 misurazioni di luminosità della luce nel medio infrarosso da 5 a 12 micron mentre il pianeta transitava davanti alla sua stella ospite. Sottraendo la luminosità delle singole lunghezze d’onda della luce che raggiungevano il telescopio quando il pianeta era di fronte alla stella da quella della stella stessa, il team è stato in grado di calcolare la quantità di ciascuna lunghezza d’onda bloccata dall’atmosfera del pianeta.

Ciò che è emerso è stato un segnale inaspettato a 8.6 micron (visibile nel grafico sottostante), una caratteristica che non ci si aspetterebbe se le nuvole fossero fatte di silicati di magnesio o altri possibili aerosol ad alta temperatura come l’ossido di alluminio. Tuttavia, esso ha perfettamente senso se sono fatte di quarzo.

Un’atmosfera fatta di cristalli

I cristalli di quarzo nell’atmosfera di WASP-17 b non sono certo le pietre preziose che siamo abituati a vedere, ma hanno probabilmente la stessa forma a prisma esagonale appuntito. Anche se la dimensione è di soli 10 nanometri circa, ovvero un milionesimo di 1 centimetro.

Questa stima è stata possibile grazie a MIRI, che nel medio infrarosso ha permesso di individuare questi minuscoli cristalli nell’atmosfera del gioviano caldo e di comprenderne alcune caratteristiche. Infatti, a differenza delle particelle minerali trovate nelle nuvole terrestri, i cristalli di quarzo nelle nubi di WASP-17 b sembrano non essere spazzati via dalla superficie rocciosa, ma avere origine nell’atmosfera stessa.

WASP-17 b, infatti, è estremamente caldo, con una superficie di 1500 gradi Celsius. La pressione a cui si formano questi cristalli nell’alta atmosfera è solo un millesimo di quella che sperimentiamo sulla superficie terrestre. In queste condizioni, i cristalli solidi possono formarsi direttamente dal gas, senza passare prima attraverso una fase liquida.

Quanto quarzo c’è? E come sono fatte le nuvole?

WASP-17 b è uno dei tre pianeti presi di mira nel corso del Deep Reconnaissance of Exoplanet Atmospheres, indagine del JWST Telescope Scientist Team, utilizzando la spettroscopia multi-strumento (DREAMS), progettato per raccogliere una serie completa di osservazioni di un rappresentante di ciascuna classe chiave di esopianeti. Un gioviano caldo, un Nettuno caldo e un pianeta roccioso temperato.

Capire di cosa sono fatte le nuvole di atmosfere esoplanetarie, infatti, è fondamentale per comprendere i pianeti nel loro insieme. I gioviani caldi come WASP-17 b sono costituiti principalmente da idrogeno ed elio, con piccole quantità di altri gas come vapore acqueo e anidride carbonica. “Questi bellissimi cristalli di silice ci raccontano l’inventario di diversi materiali e come si uniscono per modellare l’ambiente di questo pianeta” ha spiegato la coautrice Hannah Wakeford, dell’Università di Bristol.

È complesso, però, determinare esattamente quanto quarzo ci sia e quanto siano diffuse le nuvole. Sono probabilmente presenti lungo la transizione giorno/notte, ovvero la linea del terminatore, che è la regione sondata dalle osservazioni. Tuttavia, dato che il pianeta è bloccato dalle maree, ovvero ha un lato diurno molto caldo e un lato notturno più fresco, è probabile che le nuvole circolino attorno al pianeta ma vaporizzino quando raggiungono il lato diurno più caldo. Sarà interessante comprenderlo con studi futuri.

Questa ricerca, pubblicata su The Astrophysical Research Letters, è reperibile qui.