Il telescopio spaziale James Webb ha osservato un esopianeta con un’atmosfera così strana da mettere in discussione le teorie attuali su come si formano i pianeti.
Il pianeta si chiama PSR J2322-2650b e ha una massa simile a quella di Giove, ma la sua atmosfera è composta quasi solo da elio e carbonio molecolare, un mix mai visto prima d’ora. Gli scienziati pensano che nell’atmosfera possano esserci nubi di fuliggine, e che più in profondità si formino cristalli di carbonio, come diamanti.
La particolarità di questo esopianeta è anche la sua stella: una pulsar, cioè una stella di neutroni molto densa che ruota velocemente ed emette fasci di radiazione. Il Webb non può vedere la pulsar direttamente, perché emette radiazioni troppo energetiche per i suoi strumenti, ma questo è un vantaggio. Senza la luce della stella a disturbare, è stato possibile studiare il pianeta con grande precisione, ottenendo dati molto puliti su tutta la sua orbita.
Le temperature su PSR J2322-2650b sono molto alte: da 650 °C nella zona più fredda a oltre 2000 °C in quella più calda. Nonostante questo, si trovano molecole di carbonio puro (C₂ e C₃), che di solito non si formano in presenza di ossigeno o azoto. Questo suggerisce che l’atmosfera del pianeta è molto povera di altri elementi. È la prima volta che si osserva una composizione simile, e non ci sono ancora spiegazioni chiare su come possa essersi formata.
Un’atmosfera mai vista prima
Il risultato più sorprendente è la scoperta, nell’atmosfera del pianeta, di carbonio molecolare, cioè atomi di carbonio legati tra loro in piccole molecole. In altri esopianeti si trovano spesso acqua, metano o anidride carbonica. Qui invece no: solo carbonio ed elio, senza segni evidenti di ossigeno o azoto. Questo tipo di atmosfera non è previsto dai modelli con cui gli scienziati spiegano come nascono i pianeti.
Una possibile spiegazione è che, man mano che il pianeta si raffredda, i materiali all’interno iniziano a separarsi. I cristalli di carbonio, più leggeri, potrebbero salire verso l’alto e mescolarsi con l’elio presente nell’atmosfera. Ma per succedere questo, qualcosa deve impedire a ossigeno e azoto di entrare nella miscela. È proprio questo il mistero che i ricercatori non riescono ancora a risolvere. E l’atmosfera potrebbe contenere nubi scure di fuliggine, formate da carbonio condensato.
Un’orbita molto stretta attorno a una pulsar
PSR J2322-2650b è vicinissimo alla sua stella, a solo 1 milione di km di distanza. Per confronto, la Terra dista circa 150 milioni di km dal Sole. Completa un’orbita intera in meno di 8 ore. Questa vicinanza estrema sottopone il pianeta a forti forze gravitazionali, che lo deformano in una forma allungata, simile a un limone.
Il sistema potrebbe essere una variante dei cosiddetti black widow, coppie formate da una pulsar e un altro oggetto più leggero. In genere si tratta di piccole stelle che, col tempo, vengono erose dalla radiazione della pulsar. In questo caso però l’oggetto più leggero è un esopianeta, non una stella.
Secondo le attuali definizioni, un esopianeta è un corpo con massa inferiore a 13 volte quella di Giove, che orbita attorno a una stella o a un residuo stellare. PSR J2322-2650b rispetta questi criteri, ma la sua origine resta un enigma. Non sembra essersi formato come un pianeta normale, ma neanche come il resto di una stella erosa, come avviene nei sistemi black widow.
Non ci sono modelli noti che riescano a spiegare un pianeta con così tanto carbonio e quasi niente ossigeno o azoto. La scoperta apre quindi nuove domande su come nascono e si evolvono i pianeti in ambienti estremi.
Lo studio, accettato per la pubblicazione su The Astrophysical Journal Letters, è reperibile qui in versione pre-print.
