Un paio di mesi fa, è stata pubblicata una ricerca sul ritrovamento di metano e anidride carbonica nell’atmosfera di un esopianeta, grazie al telescopio spaziale James Webb. Si trattava di K2-18 b, un possibile pianeta hycean, con un oceano globale e un’atmosfera ricca di idrogeno.

Ora il Webb ha individuato il metano nell’atmosfera di un altro esopianeta, WASP-80 b. Gli spettri ottenuti con la NIRCam rivelano le firme di metano e vapore acqueo. E mentre i ricercatori finora hanno trovato il vapore acqueo in almeno una dozzina di pianeti extrasolari, il metano fino a poco tempo fa non era mai stato rilevato. Ricordiamo che il metano è una molecola presente in abbondanza nelle atmosfere di Giove, Saturno, Urano e Nettuno nel nostro Sistema Solare.

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Studiando WASP-80 b durante il transito e l’eclissi

WASP-80 b ha una temperatura di circa 550 gradi Celsius, caratteristica che lo pone nella classe degli esopianeti gioviani caldi, simili per dimensioni e massa a Giove. L’esopianeta si trova a 163 anni luce da noi, nella costellazione dell’Aquila. E gira attorno alla sua stella ospite, una nana rossa, una volta ogni tre giorni.

Poiché il pianeta è così vicino alla sua stella ed entrambi sono così lontani da noi, non possiamo vederlo direttamente nemmeno con i telescopi più avanzati come il James Webb. Perciò, i ricercatori studiano la luce combinata della stella e del pianeta utilizzando il metodo del transito e quello dell’eclissi.

• Si verifica un transito quando il pianeta si sposta davanti alla sua stella, lungo la sua orbita, rispetto alla nostra prospettiva. Quando ciò avviene, la luce stellare che giunge fino a noi diminuisce leggermente, per via della presenza dell’oggetto.
• Si verifica una eclissi quando il pianeta passa dietro la sua stella, lungo la sua orbita, rispetto alla nostra prospettiva. Quando ciò avviene, la luce stellare subisce ancora una volta una diminuzione, per via dell’assenza della luce riflessa dal pianeta.

Durante il transito, un sottile anello dell’atmosfera del pianeta viene illuminato dalla stella. A certe lunghezze d’onda, in cui le molecole nell’atmosfera del pianeta assorbono la luce, l’atmosfera appare più spessa e blocca più luce stellare. Ciò provoca un oscuramento più profondo rispetto ad altre lunghezze d’onda in cui l’atmosfera appare trasparente. Questo metodo aiuta gli scienziati a capire di cosa è fatta l’atmosfera del pianeta.

Subito prima e dopo l’eclissi, invece, è possibile misurare la luce infrarossa emessa dal pianeta, anche detta radiazione termica. Per gli spettri dell’eclissi, l’assorbimento da parte delle molecole nell’atmosfera del pianeta appare tipicamente come una riduzione della luce emessa dal pianeta a lunghezze d’onda specifiche.

La certezza nella presenza di metano

Lo spettro ottenuto con la NIRCam, grazie alla tecnica della spettroscopia senza fessura, è stato analizzato utilizzando due diversi tipi di modelli, che simulano come sarebbe l’atmosfera di un pianeta in condizioni così estreme.

Il primo modello è completamente flessibile, con milioni di combinazioni di abbondanze e temperature di metano e acqua per trovare la combinazione che meglio si adattava ai dati di Webb. Il secondo, chiamato modello autoconsistente, utilizza le attuali conoscenze di fisica e chimica per determinare i livelli di metano e acqua previsti. Entrambi i tipi di modelli sono giunti alla stessa conclusione: la conferma della presenza di metano.

Con un rilevamento così sicuro, non solo i ricercatori hanno trovato una molecola finora assente nelle osservazioni di esopianeti, ma ora possono anche esplorare ciò che questa composizione chimica racconta sulla nascita, crescita ed evoluzione del pianeta. Ad esempio, misurando la quantità di metano e acqua nel pianeta, è possibile dedurre il rapporto tra atomi di carbonio e atomi di ossigeno. Si prevede che questo rapporto cambierà a seconda di dove e quando si formano i pianeti nel sistema di appartenenza. Pertanto, l’esame di questo rapporto carbonio-ossigeno può offrire indizi sul fatto che il pianeta si sia formato vicino alla sua stella o più lontano, prima di spostarsi gradualmente verso l’interno.

I passi futuri con il James Webb

Questo risultato dimostra che siamo in procinto di fare scoperte sempre più entusiasmanti. Ulteriori osservazioni MIRI e NIRCam di WASP-80 b con Webb, per esempio, permetteranno di sondare le proprietà dell’atmosfera a diverse lunghezze d’onda della luce. E la scoperta del metano in WASP-80 b porta a pensare che saremo in grado di osservare altre molecole ricche di carbonio, come il monossido di carbonio e l’anidride carbonica. Consentendo di dipingere un quadro più completo delle condizioni dell’atmosfera di questo pianeta.

Inoltre, man mano che troveremo metano e altri gas negli esopianeti, continueremo ad espandere la nostra conoscenza su come la chimica e la fisica funzionano in condizioni diverse da quelle che abbiamo sulla Terra. E a confrontare i pianeti al di fuori del nostro Sistema Solare con quelli al suo interno. Perché in fondo WASP-80 b, pur orbitando vicinissimo alla sua stella, è una sfera di gas avvolta in un’atmosfera di metano. Proprio come i giganti del nostro sistema planetario.

Lo studio, pubblicato su Nature, è reperibile qui in versione pre-print.