Il ghiaccio di silice avvolge l’atmosfera infuocata del caldo esopianeta Giove

Fiocchi di “neve” di silice riempiono il cielo del gonfio esopianeta WASP-17 b.

Uno sguardo a uno dei minerali più comuni e familiari sulla Terra raramente merita un titolo. Il quarzo si trova nella sabbia delle spiagge, nelle pietre da costruzione, nei geodi e nei negozi di gemme di tutto il mondo. Viene fuso per produrre vetro, raffinato per microchip di silicio e utilizzato negli orologi per tenere il tempo.

Allora cosa distingue l’ultima scoperta da? NASA‘S Telescopio spaziale James Webb? Immagina che i cristalli di quarzo appaiano letteralmente dal nulla. Una nebbia di granelli scintillanti così piccoli che 10.000 di essi potrebbero stare uno accanto all’altro su un capello umano. Sciami di nanoparticelle di vetro appuntite corrono attraverso la calda atmosfera di un gigante gassoso gonfio Pianeta extrasolare A migliaia di chilometri all’ora.

La capacità unica di Webb di misurare gli effetti estremamente sottili di questi cristalli sulla luce stellare – e almeno da una distanza di oltre sette milioni di miliardi di miglia – fornisce informazioni importanti sulla composizione delle atmosfere esoplanetarie e nuove informazioni sul loro clima.

Lo spettro di trasmissione dell’esopianeta gigante di gas caldo WASP-17 b, catturato dal MIRI (Webb Mid-Infrared Instrument) il 12-13 marzo 2023, rivela la prima prova di quarzo (silice cristallina, SiO2) nelle nuvole dell’esopianeta. .
Lo spettro è stato realizzato misurando la variazione di luminosità di 28 bande di lunghezza d’onda della luce nel medio infrarosso mentre il pianeta passa davanti alla sua stella. Webb ha osservato il sistema WASP-17 utilizzando uno spettrometro MIRI a bassa risoluzione per circa 10 ore, raccogliendo più di 1.275 misurazioni prima, durante e dopo il transito.
Per ciascuna lunghezza d’onda, la quantità di luce bloccata dall’atmosfera del pianeta (cerchi bianchi) è stata calcolata sottraendo la quantità che attraversava l’atmosfera dalla quantità originariamente emessa dalla stella.
La linea viola continua è il modello che meglio si adatta ai dati Webb (MIRI), Hubble e Spitzer. (I dati di Hubble e Spitzer coprono lunghezze d’onda da 0,34 a 4,5 micron e non sono mostrati nel grafico.) Lo spettro mostra una caratteristica chiara a circa 8,6 micron, che gli astronomi ritengono sia causata da particelle di silice che assorbono parte della luce stellare che passa attraverso l’atmosfera .
La linea gialla tratteggiata mostra come sarebbe questa parte dello spettro di trasmissione se le nuvole nell’atmosfera di WASP-17 b non contenessero SiO2.
Questa è la prima volta che SiO2 viene identificato in un esopianeta, e la prima volta che un tipo specifico di nuvola viene identificato in un esopianeta di passaggio.
Crediti immagine: NASA, ESA, CSA, Ralph Crawford (STScI), David Grant (Università di Bristol), Hannah R. Wakeford (Università di Bristol), Nicole Lewis (Cornell University)

Il telescopio spaziale Webb rileva minuscoli cristalli di quarzo in gigantesche nubi di gas caldo

I ricercatori che utilizzano il telescopio spaziale James Webb della NASA hanno scoperto prove di nanocristalli di quarzo nelle nuvole ad alta quota di WASP-17 b, un pianeta caldo. Giove Un pianeta extrasolare a 1.300 anni luce dalla Terra. Questa scoperta, possibile unicamente utilizzando il MIRI (lo strumento nel medio infrarosso di Webb), rappresenta la prima volta che viene rilevata la silice (SiO).₂) Sono state rilevate particelle nell’atmosfera di un pianeta extrasolare.

“Eravamo entusiasti!” David Grant, ricercatore presso… Università di Bristol Nel Regno Unito e primo autore di un articolo pubblicato oggi (16 ottobre) in Lettere del diario astrofisico. “Sapevamo dalle osservazioni di Hubble che gli aerosol – piccole particelle che formano nuvole o nebbia – dovevano essere presenti nell’atmosfera di WASP-17 b, ma non ci aspettavamo che fossero fatti di quarzo”.

I silicati (minerali ricchi di silicio e ossigeno) costituiscono la maggior parte della Terra e della Luna, così come di altri corpi rocciosi nel nostro sistema solare, e sono estremamente comuni in tutta la galassia. Ma i grani di silicato precedentemente rilevati nelle atmosfere degli esopianeti e delle nane brune sembrano essere costituiti da silicati ricchi di magnesio come olivina e pirosseno, non solo quarzo – che è SiO puro.₂.

La scoperta di questo team, che comprende anche ricercatori dell’Ames Research Center della NASA e del Goddard Space Flight Center della NASA, dà una nuova svolta alla nostra comprensione di come si formano ed evolvono le nubi esoplanetarie. “Ci aspettavamo pienamente di vedere il silicato di magnesio”, ha detto la coautrice Hannah Wakeford, anche lei dell’Università di Bristol. “Ma ciò che vediamo invece sono probabilmente gli elementi costitutivi di quelle particelle, le minuscole particelle ‘seme’ necessarie per formare i grani di silicato più grandi che rileviamo negli esopianeti freddi e nelle nane brune”.

Scopri le sottili differenze

Con un volume più di sette volte la dimensione di Giove e una massa inferiore alla metà di quella di Giove, WASP-17 b è uno dei pianeti extrasolari più grandi e rigonfi conosciuti. Questo, combinato con il suo breve periodo orbitale di soli 3,7 giorni terrestri, rende il pianeta ideale per la spettroscopia di trasmissione: una tecnica che prevede la misurazione degli effetti di filtraggio e diffusione dell’atmosfera di un pianeta sulla luce stellare.

Webb ha monitorato il sistema WASP-17 per circa 10 ore, raccogliendo più di 1.275 misurazioni della luminosità della luce nel medio infrarosso da 5 a 12 micron mentre il pianeta transitava davanti alla sua stella. 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 sola stella, il team è stato in grado di calcolare quanta parte di ciascuna lunghezza d’onda era bloccata dall’atmosfera del pianeta.

Ciò che è emerso è stato un “rigonfiamento” inaspettato a 8,6 micron, una caratteristica che non ci si sarebbe aspettata se le nuvole fossero state fatte di silicato di magnesio o altri aerosol potenzialmente ad alta temperatura come l’ossido di alluminio, ma avrebbe perfettamente senso se fossero state fatte di quarzo .

Cristalli, nuvole e vento

Sebbene questi cristalli possano avere una forma simile ai prismi esagonali appuntiti che si trovano nei geodi e nei negozi di gemme sulla Terra, ognuno di essi ha un diametro di soli 10 nanometri circa, un milionesimo di centimetro.

“I dati di Hubble hanno effettivamente svolto un ruolo chiave nel determinare la dimensione di queste particelle”, ha spiegato la coautrice Nicole Lewis della Cornell University, che guida il programma Web Guaranteed Time Observation (GTO) progettato per aiutare a costruire una vista 3D dei pianeti caldi. L’atmosfera di Giove. “Conosciamo la presenza di silice solo dai dati MIRI di Webb, ma avevamo bisogno di osservazioni visibili e nel vicino infrarosso di Hubble per contestualizzare, per sapere quanto sono grandi i cristalli.”

A differenza delle particelle minerali trovate nelle nuvole sulla Terra, i cristalli di quarzo rilevati nelle nuvole di WASP-17 b non sono stati recuperati da una superficie rocciosa. Hanno invece origine nell’atmosfera stessa. “WASP-17 b è estremamente caldo – circa 2.700 gradi F (1500 gradi Centigrado) – La pressione alla quale si formano i cristalli di quarzo nell’alta atmosfera non supera circa un millesimo di quella che sperimentiamo sulla superficie della Terra. “In queste condizioni, i cristalli solidi possono formarsi direttamente dal gas, senza passare prima attraverso una fase liquida.”

Comprendere i componenti delle nuvole è fondamentale per comprendere il pianeta nel suo complesso. I Giove caldi come WASP-17 b sono composti principalmente da idrogeno ed elio, con piccole quantità di altri gas come vapore acqueo (H).₂O) e anidride carbonica (CO₂). “Se consideriamo solo l’ossigeno contenuto in questi gas, e trascuriamo di includere tutto l’ossigeno intrappolato in minerali come il quarzo (SiO),₂Ridurremo drasticamente l’abbondanza complessiva”, ha spiegato Wakeford. “Questi bellissimi cristalli di silice ci parlano dello stock di diversi materiali e di come si uniscono per modellare l’ambiente di questo pianeta”.

È difficile determinare esattamente quanto quarzo sia presente e quanto siano diffuse le nuvole. “È probabile che le nuvole siano presenti durante la transizione tra il giorno e la notte, che è l’area che le nostre osservazioni stanno esplorando”, ha detto Grant. Poiché il pianeta è bloccato dalle maree con un lato diurno molto caldo e un lato notturno più fresco, le nuvole probabilmente orbitano attorno al pianeta, ma evaporano quando raggiungono il lato diurno più caldo. “Il vento può spostare queste minuscole particelle di vetro a migliaia di miglia all’ora.”

WASP-17 b è uno dei tre pianeti presi di mira dal team di scienziati JWST per la ricognizione profonda delle atmosfere esoplanetarie utilizzando le sonde DREAMS (Resolution Multi-Instrument Spectroscopy), progettate per raccogliere una serie completa di osservazioni di un singolo rappresentante di ciascuno dei principali pianeti. classe di esopianeti. : Giove è caldo, caldo NettunoE un pianeta roccioso moderato. Le osservazioni MIRI del caldo Giove WASP-17 b sono state effettuate come parte del programma GTO 1353.

Riferimento: “JWST-TST Dreams: Quartz Clouds in the Atmosphere of WASP-17b” di David Grant, Nicole K. Lewis, Hannah R. WakefordNatasha E. Batalha, Anna Glidden, Jayesh Goyal, Elijah Mullins, Ryan J. MacDonald, Erin M. May, Sarah Seager, Kevin B. Stevenson, Jeff A. Valenti, Channon Fisher, Lily Alderson, Natalie H. Allen, Caleb I. Cañas, Kencol Colon, Mark Clampin, Nestor Espinoza, Amelie Gresier, Jingsheng Huang, Zifan Lin, Douglas Long, Dana R. Lowe, Maria Peña Guerrero, Sukrit Rangan, Christine S. SotzenDaniel ValentineJay AndersonWilliam O. Palmer, Andrea Bellini, Kellan K. W. Hoch, Jens Kammerer, Mattia Liberalto, C. Matt Mountain, Marshall de Perrin, Laurent Boyot, Emily Rickman, Isabel Rebolledo, Sangmo Tony Son, Roland P. van der Marel e Laura L. Watkins, 16 ottobre 2023, Lettere del diario astrofisico.
doi: 10.3847/2041-8213/acfc3b

Il James Webb Space Telescope è il principale osservatorio di scienze spaziali al mondo. Webb risolve i misteri del nostro sistema solare, guarda oltre i mondi lontani attorno ad altre stelle ed esplora le misteriose strutture e origini del nostro universo e il nostro posto in esso. WEB è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner l’Agenzia spaziale europea (ESA).Agenzia spaziale europea) e l’Agenzia spaziale canadese.