Un team internazionale di ricercatori guidato da Francesco Borsa dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) ha rivelato la presenza di ossigeno atomico nella torrida atmosfera di KELT-9b, il pianeta extrasolare con la più elevata temperatura superficiale ad oggi conosciuta, pari ad oltre 4000 gradi. Il lavoro, presentato oggi in un articolo sulla rivista Nature Astronomy, riporta il primo rilevamento certo di atomi di ossigeno nell’atmosfera di un esopianeta, ispirato da nuove simulazioni ad altissima definizione delle atmosfere degli esopianeti caldi. Con simili temperature, la presenza di vita su KELT-9b è esclusa, ma la tecnica e i modelli al calcolatore potranno essere utilizzati altrettanto efficacemente per la ricerca di ossigeno in atmosfere di esopianeti più temperati e simili alla Terra.

L’esopianeta KELT-9b si trova a 650 anni luce da noi, in direzione della costellazione del Cigno.  È un pianeta gigante con una massa 2,8 volte più grande di quella di Giove, ma con una densità due volte più bassa. KELT-9b è investito da un flusso di radiazione estremamente intenso da parte della sua stella e, poiché è molto vicino ad essa e le rivolge sempre la stessa faccia – proprio come la Luna con la Terra –  sull’emisfero perennemente illuminato si raggiungono temperature superiori ai 4000 gradi celsius. Valori così alti che anche il tungsteno, il metallo comunemente utilizzato nelle nostre lampade a filamento, fonderebbe. A simili temperature tutte le molecole elementari come acqua, anidride carbonica e metano non possono esistere, e così anche la vita come noi la conosciamo. Con queste proprietà estreme gli scienziati hanno faticato a capire la natura di un oggetto così caldo e peculiare, e perché la sua atmosfera non evapori completamente, essendo così vicino alla sua stella.

Con l’obiettivo di caratterizzare meglio le proprietà di KELT-9b il team ha rilevato le “impronte digitali” dell’ossigeno atomico nello spettro del pianeta. Il rilevamento è stato ispirato da nuove simulazioni dell’atmosfera del pianeta, guidate da Luca Fossati, dell’Austrian Academy of Sciences a Graz. I ricercatori hanno sviluppato uno dei modelli informatici più avanzati in grado di simulare le atmosfere degli esopianeti caldi. Questo modello consente di riprodurre le principali proprietà delle atmosfere degli esopianeti su un computer e prevederne la struttura, la composizione e la temperatura con una precisione senza precedenti. I dati prodotti dalle simulazioni per KELT-9b non solo sono in ottimo accordo con le precedenti osservazioni di altre specie chimiche – come l’idrogeno – nella sua atmosfera, ma indicavano anche la possibile rilevazione di atomi di ossigeno.

“Abbiamo rianalizzato precedenti osservazioni del pianeta KELT-9b ottenute utilizzando il telescopio da 3,6 m dell’osservatorio di Calar Alto in Spagna abbinato allo spettrografo CARMENES” dice Francesco Borsa, ricercatore dell’INAF a Milano e primo autore dell’articolo pubblicato su Nature Astronomy. “I nostri risultati hanno confermato la previsione del modello teorico: le tracce dell’ossigeno erano sempre presenti, ma erano state perse da analisi precedenti. Il nostro modello non solo prevedeva la loro presenza, ma concorda anche molto bene con le osservazioni, dandoci la certezza che la fisica su cui si basano le nostre simulazioni riproduce bene la realtà delle atmosfere calde degli esopianeti, a un livello senza precedenti”.

I risultati del lavoro del team mostrano che sebbene KELT-9b perda nel tempo una certa quantità della sua atmosfera calda, non è in pericolo di evaporare a breve. Tuttavia, la sua vicinanza alla stella porta a forti turbolenze e tempeste con venti impetuosi nella sua atmosfera. Le osservazioni indicano che la velocità di quei venti può arrivare fino a 40.000 chilometri all’ora. In confronto le velocità massime dei venti registrati sulla Terra si attestano a circa 400 chilometri all’ora, mentre quelle di Giove si spingono fino a circa 1.500 chilometri all’ora.

“L’accordo tra il modello e le osservazioni è una pietra miliare nella nostra esplorazione dei pianeti al di fuori del Sistema solare” sottolinea Fossati, secondo autore dell’articolo. “Questi risultati dimostrano che ora possiamo creare modelli realistici di esopianeti e migliorare significativamente la nostra capacità di comprendere le atmosfere degli esopianeti più caldi. Sebbene osservazioni simili delle atmosfere di pianeti più piccoli e più freddi non siano ancora possibili, un giorno lo saranno. Consideriamo questo lavoro come una prova generale per il lavoro futuro alla ricerca di ossigeno nelle atmosfere di diversi pianeti della Galassia, inclusi mondi più piccoli, possibilmente abitabili, simili alla Terra”.