Esopianeti tra formazione di super-Terre e elementi chimici molto rari
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Due studi separati scoprono come le super-Terre possano migrare in orbite molto strette e rinvengono elementi chimici molto rari nell'atmosfera del caldissimo pianeta KELT-9b


Fonte "A Spectral Survey of an Ultra-Hot Jupiter. Detection of Metals in the Transmission Spectrum of KELT-9 b," H. J. Hoeijmakers, D. Ehrenreich, D. Kitzmann et al., 2019, to appear in Astronomy & Astrophysics.


Rappresentazione di un esopianeta
Rappresentazione di un esopianeta

pianeta più vicino al Sole è Mercurio, che è anche il più piccolo. Tra tutti gli esopianeti a oggi scoperti, tuttavia, la nostra configurazione è molto particolare visto che la fauna che si è offerta agli occhi di Kepler presenta situazioni molto diverse. Tra queste, esistono molti pianeti di tipo Super-Terra in orbite molto più strette rispetto a quella di Mercurio intorno al Sole, orbite che vengono completate nel periodo medio di dieci giorni appena.

I modelli di formazione planetaria a oggi noti ci dicono, però, che il disco protoplanetario di gas e polvere non arriva fino a queste distanze: dovrebbe esserci una zona circumstellare quasi del tutto priva di materiale adatto a formare pianeti, quindi si tende a pensare a una migrazione planetaria di corpi formati in zone più distanti. Un team della Penn State ha così mostrato come la gravitazione, l'idrodinamica e le forze magnetiche, oltre alle collisioni con la polvere, possano portare a una sincronia orbitale tra i pianeti in formazione e come questa sincronia possa far "scivolare" i pianeti verso orbite via via più interne dando vita ai sistemi planetari che vediamo oggi. Le simulazioni al computer mostrano come, nel tempo, i pianeti possano quindi andare in risonanza migrando all'unisono verso l'interno, con pianeti che possono quindi andare a occupare zone anche più interne rispetto al bordo del disco protoplanetario. Modelli simili spiegavano possibili migrazioni di giganti gassosi mentre unire tutte le turbolenze e le reciproche gravità di un disco protoplanetario e di tutti i pianeti creati estende il modello anche alle super-Terre. (Daniel Carrera et al, "Formation of short-period planets by disc migration, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society" - 2019)

KELT-9b 

Ad oggi, l'esopianeta più caldo tra quelli noti è KELT-9b. Il suo spettro elettromagnetico , in estate 2018, ha evidenziato le righe del ferro gassoso e del titanio. Oggi a queste righe si sono unite quelle dei gas di sodio, magnesio, cromo, scandio e ittrio, metallo molto raro sulla Terra. Anche KELT-9 è un esopianeta "strano" per il nostro Sistema Solare: si trova a 650 anni luce da noi, in direzione della costellazione del Cigno, ed è un gioviano caldo che orbita intorno alla propria stella molto da vicino raggiungendo una temperatura atmosferica di circa 4000°C, paragonabile a quella di alcune stelle. A questa temperatura tutti gli elementi sono allo stato vaporizzato e le molecole sono spezzate nei loro atomi costituenti. L'atmosfera , quindi, non possiede nubi o aerosol ma cieli del tutto puliti. Questi atomi in atmosfera assorbono luce a precise frequenze lasciando quindi una firma unica nello spettro stellare, il che consente agli astronomi di conoscere la composizione chimica dei pianeti in transito sulla stella.

Tramite lo spettrografo HARPS-North a bordo del Telescopio Nazionale a La Palma sono stati quindi rinvenuti i segni di ferro e titanio, ma non solo. La ricerca ha incluso 73 atomi tra i quali alcuni sono molto rari sulla Terra, mentre cromo, scandio e ittrio sono rari anche in tutte le esoatmosfere studiate a oggi. 

Atmosfera di Kelt-9b e interazione con la radiazione stellare. Crediti ESO
Atmosfera di Kelt-9b e interazione con la radiazione stellare.
Crediti Nasa/Jpl-Caltech

Il 2020 ha portato alla detection, sempre tramite spttrografo HARPS-North del Telescopio Nazionale Galileo, dell'emissione di radiazione da atomi di ferro neutro, presenti in atmosfera. Il pianeta assorbe parte della radiazione stellare proprio grazie alla presenza di atomi di ferro, in un processo che scalda l'atmosfera negli strati più alto rispetto a quelli più bassi. Lo schema riportato mostra la radiazione stellare in ingresso e l'atmosfera centrale in arancione. Il ferro gassoso qui presente (cerchio arancione) assorbe la radiazione e porta la temperatura a circa 4 mila gradi, con l'energia che viene parzialmente rilasciata sotto forma di luce (freccia arancione). Questo crea un ulteriore riscaldamento della zona più esterna dell'atmsofera, consentendo di raggiungere anche i 7 mila gradi e quindi superando la temperatura superficiale del Sole (ApJL - “Neutral Iron Emission Lines from the Day-side of KELT-9b – The GAPS Programme With HARPS-N at TNG XX” - L. Pino et al.)