Il telescopio spaziale Hubble è riuscito ad osservare la stratosfera di un massiccio e caldo pianeta extrasolare, WASP-33b. La scoperta potrà fornire indizi sulla sua composizione e formazione.
La stratosfera è formata da molecole che assorbono luce nell'ultravioletto e nel visibile, che agisce come una sorta di "schermo solare" per il pianeta. Fino ad ora gli scienziati erano incerti se potesse esistere sui grandi mondi caldi extrasolari.
"Alcuni di questi pianeti hanno atmosfere superiori così calde che ribollono nello spazio", ha detto Avi Mandell, scienziato planetario della NASA al Goddard Space Flight Center di Greenbelt, nel Maryland, co-autore del documento pubblicato sulla rivista Astrophysical Journal. "A queste temperature, non ci aspettiamo necessariamente di trovare un ambiente con molecole organizzate a strati".
We present observations of two occultations of the extrasolar planet WASP-33b using the Wide Field Camera 3 (WFC3) on the HST, which allow us to constrain the temperature structure and composition of its dayside atmosphere. WASP-33b is the most highly irradiated hot Jupiter discovered to date, and the only exoplanet known to orbit a delta-Scuti star. We observed in spatial scan mode to decrease instrument systematic effects in the data, and removed fluctuations in the data due to stellar pulsations. The RMS for our final, binned spectrum is approximately 1.05 times the photon noise. We compare our final spectrum, along with previously published photometric data, to atmospheric models of WASP-33b spanning a wide range in temperature profiles and chemical compositions. We find that the data require models with an oxygen-rich chemical composition and a temperature profile that increases at high altitude. We also find that our spectrum displays an excess in the measured flux towards short wavelengths that is best explained as emission from TiO. If confirmed by additional measurements at shorter wavelengths, this planet would become the first hot Jupiter with a temperature inversion that can be definitively attributed to the presence of TiO in its dayside atmosphere.
Nell'atmosfera terrestre, la stratosfera è subito sopra la troposfera, ossia la fascia aeriforme direttamente a contatto con il suolo in cui si creano le condizioni meteorologiche, dove l'aria più calda è in basso e si raffredda ad altitudini più elevate. Nella stratosfera è esattamente l'opposto: la temperatura aumenta con la quota. Sulla Terra questa inversione termica si verifica perché lo strato di ozono nella stratosfera assorbe molta della radiazione solare ultravioletta ed impedisce che questa raggiunga la superficie, proteggendo la biosfera ma scaldando la stratosfera stessa. Fenomeni simili si verificano negli strati atmosferici di altri pianeti nel nostro Sistema Solare, come Giove o Saturno, dove però i responsabili del processo termico sono gli idrocarburi. Né l'ozono, né gli idrocarburi, tuttavia, potrebbero sopravvivere alle alte temperature di pianeti extrasolari come WASP-33b, tanto che l'esistenza della stratosfera su questi mondi è sempre stata messa in dubbio.
Il telescopio spaziale Hubble, però, è riuscito a confermarne la presenza e a fornire qualche indizio sulle molecole che potrebbero essere responsabili dell'inversione di temperatura: l' ossido di titanio.
Atmosfera di WASP-33b, rilevata con il metodo del transito.
Credit: NASA/Goddard
I ricercatori hanno analizzato le osservazioni della Wide Field Camera 3 di Hubble in grado di catturare immagini nel vicino infrarosso. L'analisi spettrale è stata poi utilizzata per identificare la presenza di vapore acqueo ed altri gas e determinare la temperatura. Il team ha determinato che l'emissione di acqua è stata prodotta nella stratosfera a circa 3.315 gradi Celsius, mentre il resto delle emissioni proveniva da altri gas dagli strati inferiore ad una temperatura di circa 1.650 gradi Celsius.
La squadra, inoltre, ha presentato la prima prova concreta che l'atmosfera di WASP-33b contiene ossido di titanio, uno dei pochi composti in grado di assorbire con grande efficienza radiazione visibile ed ultravioletta ed capace di rimanere in forma gassosa in un ambiente così caldo.