Esopianeti: Hubble conferma l’evaporazione dell’atmosfera

Immagine artistica del pianeta HD 189733b che passa davanti alla sua stella HD 189733A. Crediti: NASA, ESA, L. Calçada

L’astronomo Alain Lecavelier des Etangs (CNRS-UPMC) insieme al suo team di ricerca ha utilizzato il telescopio Hubble per osservare l’atmosfera del pianeta extrasolare HD 189733b in due momenti, all’inizio del 2010 e alla fine del 2011. L’atmosfera del pianeta è in grado di imprimere il suo marchio chimico sulla luce stellare, permettendo agli astronomi di interpretare cosa succede su scale troppo piccole per potere essere decodificate in modo diretto.Le osservazioni sono state effettuate per confermare quanto osservato precedentemente in un altro sistema planetario: l’evaporazione dell’atmosfera di un esopianeta.

La nostra terra e HD 189733b hanno in comune solo un cielo blu. Infatti HD 189733b è un enorme gigante gassoso simile a Giove, ma si trova molto vicino alla sua stella, una distanza che supera di appena il 3% quella che divide la terra dal sole. Sebbene la sua stella sia leggermente più piccola e fredda, tale vicinanza rende le temperature del pianeta eccezionalmente elevate – oltre i 1000 gradi Celsius- e l’atmosfera più esterna viene  colpita da raggi ultravioletti e X. Queste caratteristiche rendono il pianeta il candidato ideale per studiare gli effetti di una stella sull’atmosfera planetaria.

“Le prime osservazioni furono in realtà deludenti” spiega Lecavelier , “non abbiamo trovato nessuna traccia dell’atmosfera del pianeta. Abbiamo recuperato fiducia nelle ricerche solo con la seconda serie di osservazioni”. 
 
Le osservazioni effettuate dal team nel 2011 mostravano un cambiamento radicale, chiari segnali di un’emissione  di gas proveniente dal pianeta, pari ad almeno 1000 tonnellate per secondo. “Non abbiamo confermato che le atmosfere di alcuni pianeti evaporano”  spiega Lecavelier, “ma abbiamo osservato che le condizioni fisiche nell’atmosfera soggetta a evaporazione variano nel tempo. Nessuno lo aveva verificato finora.”

A cosa è dovuto questo cambiamento? 
 
Nonostante le temperature estreme che raggiunge il pianeta, l’ atmosfera non è abbastanza calda da evaporare. Invece l’ evaporazione sembra essere dovuta alle radiazioni intense di raggi X ed agli estremi raggi ultravioletti emanati dalla stella del pianeta, HD 189733A, che è venti volte più potente del nostro sole. Considerando poi che  HD 189733b è un pianeta gigante molto vicino alla sua stella, esso è soggetto ad una dose di raggi X tre milioni di volte superiore a quella subita dalla terra.
Esempi che supportano questa teoria ci arrivano da osservazioni simultanee di HD 189733A, effettuate dal satellite Swift che, diversamente da Hubble, è in grado di osservare  l’atmosfera della stella consumata dai raggi X. Poche ore prima della seconda osservazione del pianeta effettuata da Hubble, Swift aveva in effetti registrato un potente fascio di radiazioni provenienti dalla superficie della stella.

“Le emissioni di raggi X sono una piccola parte dell’output totale della stella, ma si tratta di una parte talmente energetica da determinare l’evaporazione dell’atmosfera, spiega Peter Wheatley (University of Warwick), uno dei coautori della ricerca. “E’ molto plausibile che l’impatto di questo bagliore sul pianeta determini l’evaporazione osservata da Hubble poche ore dopo.”

I raggi X sono talmente energetici da riscaldare il gas nell’ atmosfera esterna di decine di migliaia di gradi, raggiungendo una temperatura talmente elevata da sottrarsi  alla forza gravitazionale del pianeta gigante.  Sebbene il team ritenga che  il flash dei raggi X sia la spiegazione più plausibile ai cambiamenti atmosferici, ce ne sono altre possibili. Per esempio potrebbe essersi verificato un incremento tra il 2010 e il 2011 delle emissioni standard di raggi X.
A prescindere dai dettagli su cosa sia esattamente accaduto all’ atmosfera di HD 189733b, non c’è alcun dubbio sul fatto che il pianeta sia stato investito da brillamento stellare e che l’evaporazione dell’atmosfera del pianeta sia cresciuta in modo esponenziale.

La ricerca non solo contribuisce allo studio di pianeti simili a Giove. Infatti numerosi pianeti rocciosi prossimi alle loro stelle recentemente scoperti  potrebbero essere  ciò  che resta di pianeti simili a HD 189733b, in seguito alla completa evaporazione delle loro atmosfere.