Uragani nello spazio? Guarda come Hubble ha rivelato condizioni meteorologiche estreme su un pianeta lontano

Tempo tempestoso in mostra per “Giove caldo”

IL GioveIl pianeta di dimensioni b di WASP-121 non è un posto da chiamare casa. Per cominciare, orbita vicino a una stella più luminosa e calda del Sole. Il pianeta è così pericolosamente vicino alla sua stella che la sua atmosfera superiore raggiunge i 3.400 gradi F – Più caldo di una fornace per l'acciaio.

Un torrente di radiazioni ultraviolette provenienti dalla stella ospite riscalda l'atmosfera superiore del pianeta, provocando la fuga nello spazio di gas di magnesio e ferro. Le forti forze di marea gravitazionali della stella hanno cambiato la forma del pianeta in modo che assomigli più alla forma di un pallone da calcio. Combinando diversi anni di Telescopio spaziale Hubble Attraverso osservazioni effettuate utilizzando modelli computerizzati, gli astronomi hanno trovato prove di enormi uragani che vorticano sul pianeta infernale. I tornado vengono spesso creati e distrutti dalla grande differenza di temperatura tra il lato rivolto verso le stelle e il lato oscuro e notturno del pianeta. Pianeta extrasolare.

Questo è il concetto artistico dell'esopianeta WASP-121 b, noto anche come Tylos. L'aspetto dell'esopianeta si basa sui dati della simulazione dell'oggetto effettuata da Hubble. Utilizzando le osservazioni di Hubble, un altro team di scienziati aveva precedentemente segnalato la scoperta di metalli pesanti come il magnesio e il ferro che fuoriuscivano dall’atmosfera superiore dell’esopianeta estremamente caldo di Giove; Contrassegnandola come la prima scoperta del genere. L'esopianeta orbita pericolosamente vicino alla sua stella ospite, a circa il 2,6% della distanza tra la Terra e il Sole, mettendolo sul punto di essere fatto a pezzi dalle forze di marea della stella. Forti forze gravitazionali hanno cambiato la forma del pianeta. Crediti immagine: NASA, ESA, Quentin Changat (ESA/STScI), Mehdi Zamani (ESA/Hubble)

Il telescopio spaziale Hubble osserva i cambiamenti nell'atmosfera di un pianeta extrasolare per un periodo di 3 anni

Combinando diversi anni di osservazioni da NASAUtilizzando il telescopio spaziale Hubble, insieme alla modellazione computerizzata, gli astronomi hanno trovato prove di enormi uragani e altre attività meteorologiche dinamiche che vorticano su un pianeta caldo delle dimensioni di Giove, a 880 anni luce di distanza.

Il pianeta, chiamato WASP-121 b, è inabitabile. Ma questo risultato rappresenta un importante passo avanti nello studio dei modelli meteorologici su mondi lontani e forse, alla fine, nella scoperta di esopianeti abitabili con climi stabili e duraturi.

Negli ultimi decenni, dettagliate osservazioni telescopiche e da veicoli spaziali dei pianeti vicini nel nostro sistema solare hanno dimostrato che le loro atmosfere turbolente non sono statiche ma cambiano costantemente, proprio come il tempo sulla Terra. Questa discrepanza dovrebbe applicarsi anche ai pianeti in orbita attorno ad altre stelle. Ma sono necessari un monitoraggio dettagliato e una modellazione computazionale per misurare effettivamente tali cambiamenti.

Una svolta nell’osservazione del tempo extrasolare

Per fare questa scoperta, un team internazionale di astronomi ha compilato e rielaborato le osservazioni di Hubble di WASP-121 b effettuate nel 2016, 2018 e 2019.

Hanno scoperto che il pianeta ha un’atmosfera dinamica che cambia nel tempo. Il team ha utilizzato sofisticate tecniche di modellazione per dimostrare che queste drammatiche differenze temporali possono essere spiegate dai modelli meteorologici nell’atmosfera dell’esopianeta.

Questa visualizzazione mostra le previsioni della temperatura su 130 giorni extrasolari, tra alba, mezzogiorno, tramonto e mezzanotte, per l'esopianeta WASP-121 b, noto anche come Tylos. Le aree gialle più luminose rappresentano aree sul lato diurno dell'esopianeta dove le temperature salgono sopra i 2.100 gradi Kelvin (3.320 gradi Fahrenheit); A causa della sua vicinanza alla stella ospite, circa il 2,6% della distanza tra la Terra e il Sole. A causa dell'estrema differenza di temperatura tra il lato diurno e quello notturno, gli astronomi sospettano che il ferro evaporato e altri metalli pesanti che penetrano negli strati superiori dell'atmosfera sul lato diurno ricadano in parte negli strati inferiori, facendo piovere ferro di notte. Alcuni metalli pesanti sfuggono alla gravità del pianeta anche dall'atmosfera superiore. Crediti immagine: NASA, ESA, Quentin Changat (ESA/STScI), Mehdi Zamani (ESA/Hubble)

Il team ha scoperto che l’atmosfera di WASP-121 b mostra notevoli differenze tra le osservazioni. Ancora più interessante è che possono esserci enormi fronti atmosferici, enormi tempeste e uragani che vengono ripetutamente creati e distrutti a causa della grande differenza di temperatura tra il lato rivolto verso la stella e il lato oscuro dell’esopianeta. Hanno anche rilevato un chiaro spostamento tra la regione più calda dell’esopianeta e il punto più vicino alla stella sul pianeta, nonché una variazione nella composizione chimica dell’atmosfera dell’esopianeta (misurata mediante spettroscopia).

Il team è giunto a queste conclusioni utilizzando modelli computazionali per aiutare a spiegare i cambiamenti osservati nell’atmosfera dell’esopianeta. “Il dettaglio squisito delle simulazioni dell'atmosfera esoplanetaria ci consente di modellare accuratamente il tempo su pianeti molto caldi come WASP-121 b”, ha spiegato Jack Skinner, ricercatore post-dottorato presso il California Institute of Technology di Pasadena, in California, e co-leader. Da questo studio. “Qui facciamo un importante passo avanti combinando i vincoli osservativi con le simulazioni atmosferiche per comprendere il tempo che varia nel tempo su questi pianeti”.

“Si tratta di un risultato molto entusiasmante mentre procediamo nell'osservazione dei modelli meteorologici sugli esopianeti”, ha affermato Quentin Changat, uno dei principali ricercatori del team. Agenzia spaziale europea Ricercatore presso lo Space Telescope Science Institute di Baltimora, nel Maryland. “Lo studio del clima esoplanetario è vitale per comprendere la complessità delle atmosfere esoplanetarie su altri mondi, soprattutto nella ricerca di esopianeti con condizioni abitabili”.

Questa visualizzazione mostra i modelli meteorologici sull'esopianeta WASP-121 b, noto anche come Tylos. Questo video è stato rallentato per osservare più in dettaglio i modelli nell'atmosfera dell'esopianeta. Crediti immagine: NASA, ESA, Quentin Changat (ESA/STScI), Mehdi Zamani (ESA/Hubble)

WASP-121 b: Un caso di studio in atmosfere extrasolari

WASP-121 b è così vicino alla sua stella madre che il suo periodo orbitale è di soli 1,27 giorni. Questa vicinanza significa che il pianeta è bloccato in base alle maree in modo che un emisfero sia sempre rivolto verso la stella, nello stesso modo in cui la nostra Luna ha sempre lo stesso lato rivolto verso la Terra. Le temperature diurne si avvicinano ai 2.150 °K (3.450 °F) sul lato del pianeta rivolto alle stelle.

Il team ha utilizzato quattro serie di osservazioni d'archivio di Hubble di WASP-121 b. Il set completo di dati includeva osservazioni di WASP-121 b che passava davanti alla sua stella (prese a giugno 2016); WASP-121 b passa dietro la sua stella, nota anche come eclissi secondaria (catturata nel novembre 2016); e la luminosità di WASP-121 b in funzione del suo angolo di fase rispetto alla stella (la quantità variabile di luce ricevuta sulla Terra da un pianeta extrasolare mentre orbita attorno alla sua stella madre, simile al ciclo di fase della Luna). Questi dati sono stati rilevati rispettivamente a marzo 2018 e febbraio 2019.

“L’insieme di dati combinati rappresenta una quantità significativa di tempo di osservazione per un singolo pianeta, ed è attualmente l’unico insieme coerente di queste osservazioni ripetute”, ha affermato Changat. Le informazioni che abbiamo estratto da quelle osservazioni sono state utilizzate per dedurre la chimica, la temperatura e la nuvolosità presenti nell'atmosfera di WASP-121 b in momenti diversi. Questo ci ha fornito un quadro affascinante di come il pianeta è cambiato nel tempo.

Le capacità uniche di Hubble sono evidenti anche nell’ampia gamma di programmi scientifici che consentirà attraverso le osservazioni del Ciclo 31, iniziato il 1° dicembre. Circa due terzi del tempo di Hubble saranno dedicati agli studi sull'imaging, mentre il resto sarà dedicato agli studi spettroscopici. , come quelli utilizzati su WASP-121 b. Maggiori dettagli sul Corso 31 Scienze si trovano in A Ultimo annuncio.

Riferimento: “L’atmosfera del caldissimo Giove WASP-121b è variabile?” Di Quentin Changat, Jack W. Skinner, James Y.K. Zhu, Jonas Natella, Ingo B. Waldmann, Ahmed F. Al-Rifai, Akren Derrick, Billy Edwards, Thomas Mikal Evans, Max Joshua, Giuseppe Murillo, Nour Skaf, Angelos Tsiaras, Olivia Vinot e Kai Ho Yip, 2 gennaio 2023, Astrofisica > Fisica terrestre e planetaria Astrofisica.
arXiv:2401.01465

Il telescopio spaziale Hubble è un progetto di cooperazione internazionale tra la NASA e l'Agenzia spaziale europea. Il telescopio è gestito dal Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland. Lo Space Telescope Science Institute (STScI) di Baltimora, nel Maryland, conduce operazioni scientifiche su Hubble e Webb. STScI è gestito per la NASA dall'Association of Universities for Research in Astronomy, a Washington, DC