Scoperte per la prima volta le nuvole su un pianeta extrasolare, Kepler 7b

Lo studio dei pianeti extrasolari compie un nuovo passo in avanti. I ricercatori sono riusciti infatti a ricostruire il clima di un grosso esopianeta a circa 1000 anni luce dalla Terra. Su Kepler 7b, questo il nome del pianeta gioviano, il tempo è altamente prevedibile secondo un team internazionale di scienziati. Nello stesso giorno, il pianeta extrasolare è completamente coperto di nubi su un lato, mentre l’altro probabilmente gode di un tempo limpido e sereno.

Il nuovo studio pubblicato da ricercatori del MIT e da altre istituzioni, è la prima mappatura della distribuzione delle nubi su un pianeta extrasolare. Gli scienziati hanno osservato che uno degli emisferi di Kepler 7b è ricoperto da uno strato denso di nubi – molto più denso di qualsiasi strato nuvoloso presente sulla Terra, e così spesso che riflette una parte significativa della luce della sua stella. Questo scudo di nuvole rende il meccanismo di raffreddamento del pianeta molto più efficace rispetto ad altri pianeti del suo tipo, creando un’atmosfera che favorisce ulteriormente la formazione di nubi.

Il team ha generato una mappa a bassa risoluzione delle nubi del pianeta utilizzando i dati ottici del telescopio spaziale Kepler della NASA. I ricercatori hanno anche analizzato la luce proveniente da Kepler 7b nelle varie fasi della sua orbita, scoprendo che gran parte della riflettività del pianeta è dovuta alla presenza di nuvole, e che questa copertura nuvolosa non è tuttavia uniforme.

“Ci sono molti processi chimici differenti che potrebbero intervenire per creare questa copertura nuvolosa disomogenea”, ha detto Nikole Lewis, uno studente di postdottorato presso il Dipartimento di Terra, Atmosfera e Scienze Planetarie (EAP) del MIT. “Kepler 7b è un importante banco di prova per lo studio della distribuzione e la circolazione delle nuvole nelle atmosfere dei pianeti extrasolari.”

Kepler 7b è stato tra i primi esopianeti individuati dalla sonda Kepler, che da allora ha confermato più di 130 pianeti al di fuori del nostro sistema solare e che oggi purtroppo è probabilmente irrimediabilmente danneggiata. Il pianeta è considerato un “Giove caldo”, in quanto è composto principalmente di gas, ed è circa il 50 per cento più grande di Giove (anche se ha solo circa la metà della sua massa).

Nel 2011, Demory ha analizzato l’albedo di Kepler 7b, chiamata anche riflettività, e ha scoperto che è insolitamente brillante per un esopianeta, e che riflette circa il 50 per cento di luce dalla sua stella. Al momento, la causa di tale riflettività era un mistero, ma la nuova analisi, che fa uso di osservazioni infrarosse di Spitzer, rivela che gran parte della riflettività è dovuta alla presenza di nubi nell’atmosfera di Kepler 7b.

Per arrivare a questa conclusione, i ricercatori hanno esaminato attraverso tre anni di dati di Kepler, combinati con recenti osservazioni termiche del pianeta, scattate dal telescopio spaziale Spitzer della NASA. Grazie alla combinazione di entrambe le serie di dati, i ricercatori hanno confrontato la quantità di luce e del calore emessi dal pianeta in ogni fase della sua orbita. Il pianeta è in rotazione sincrona, presentando la stessa faccia alla sua stella in ogni momento. Dalla Terra, il pianeta sembra sorgere e calare attorno alla sua stella, proprio come le fasi della nostra luna.

Osservando le fasi del pianeta, i ricercatori sono riusciti a ricostruire le informazioni sulla luminosità fetta dopo fetta, proprio come faremmo osservando la Luna durante la sua crescita o decrescita (anche la nostra luna infatti ha una rotazione sincrona con la Terra).

I ricercatori hanno analizzato le curve di fase di Kepler 7b – le misurazioni della luce dal pianeta in ogni fase orbitale, riprese dalla sonda Kepler. Per determinare se queste emissioni derivano dalla luce o dal calore, il team ha esaminato le curve di fase agli infrarossi, fornite da Spitzer. Tali misurazioni hanno rilevato pochissima energia termica emessa dal pianeta – una conferma che la maggior parte delle emissioni di Kepler 7b sono luce riflessa.

Un altro indizio è stato osservare la scomparsa del pianeta dietro la sua stella. I ricercatori hanno scoperto che la luminosità del pianeta ha raggiunto un picco poco dopo che era passata dietro la stella, che indica che la sua riflessione non è uniforme – un segno che la riflettività è dovuta a una distribuzione non uniforme di nubi.

Non è chiaro esattamente quali condizioni possono dare origine a un contrasto così netto della copertura nuvolosa.

“Kepler 7b sembra essere in un intervallo di temperatura in cui è possibile la formazione di condensati nuvolosi in alto nell’atmosfera,” osserva Lewis. “Rispetto a Giove, il pianeta ha una gravità più bassa che consente di mantenere le particelle in sospensione molto più facilmente. Così su Kepler 7b ci può essere l’atmosfera densa nube ponte. Credo che questo ci terrà occupati per i prossimi anni.”

“La scoperta di nuvole su Kepler 7b è molto sorprendente, ma anche molto convincente”, dice Drake Deming, professore di astronomia presso l’Università del Maryland, che non era coinvolto nella ricerca. “Questo dimostra che i dati di Kepler sono una miniera d’oro di informazioni che non abbiamo ancora completamente analizzato, anche sulle proprietà atmosferiche dei pianeti extrasolari.”

Lewis e i suoi colleghi hanno pubblicato i loro risultati nell’Astrophysical Journal Letters.