Nuovi modi per analizzare le osservazioni delle atmosfere degli esopianeti
La misurazione dello spettro della radiazione elettromagnetica è nota come spettroscopia astronomica. Essere in grado di interpretare lo spettro è importante, perché permette di estrarre una grande quantità di informazioni come la presenza e l’abbondanza di atomi, molecole, ioni, foschie e nuvole, nonché le strutture termiche verticali. «Queste informazioni sono necessarie per testare e migliorare la chimica e le dinamiche integrate nei modelli atmosferici applicati ai mondi alieni», spiega Pierre-Olivier Lagage, che lavora presso il dipartimento di astrofisica della Commissione francese per le energie alternative e l’energia atomica (CEA) a Saclay, in Francia. Lagage è il ricercatore principale del progetto ExoplANETS A sostenuto dall’UE, un lavoro che ha permesso di accrescere le conoscenze sull’atmosfera degli esopianeti analizzando i dati spaziali archiviati con strumenti innovativi. «La sfida principale nella spettroscopia astronomica dell’atmosfera degli esopianeti in transito è la caratterizzazione e la rimozione del rumore sistematico che può essere di ordini di grandezza superiore al segnale indotto dall’atmosfera dell’esopianeta», prosegue Lagage.
Svelare i segreti di pianeti lontani
Uno dei ricercatori del progetto, Jeroen Bouwman, che lavora presso il Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg, in Germania, ha sviluppato un nuovo metodo di caratterizzazione e rimozione sistematica del rumore. Come spiega Lagage: «Con questo metodo, è possibile creare un modello basato sui dati del comportamento temporale della sistematica per ogni pixel dello spettro, utilizzando pixel di riferimento in diverse posizioni nello spettro. Ciò dipende dal fatto che le cause di fondo nella sistematica sono condivise tra più pixel, come è avvenuto per i dati del telescopio spaziale Hubble che abbiamo analizzato». Il metodo è stato implementato nel codice CASCADe («Calibration of trAnsit Spectroscopy using CAusal Data», ovvero calibrazione della spettroscopia di transito attraverso dati causali). Bouwman ha applicato questo approccio a tutti i dati spettroscopici archiviati del telescopio spaziale Hubble sulle atmosfere degli esopianeti. «Abbiamo analizzato circa 200 osservazioni spettroscopiche ottenendo una caratterizzazione omogenea e affidabile di 54 atmosfere di esopianeti», nota Lagage. Sotto la guida dell’astrofisico Vincent Minier, che opera al CEA, e David Barrado, professore presso il Centro spagnolo di astrobiologia dell’Istituto nazionale di tecnologia aerospaziale, è stato sviluppato il sito web del progetto per diffondere i risultati scientifici e fornire strumenti educativi.
Cosa possono dirci i dati
La modellizzazione di tali sistemi permetterà l’esplorazione dell’intera area atmosferica intorno ai pianeti. Rivelerà i processi chimici e i modelli di circolazione atmosferica che non hanno precedenti sulla Terra o su altri pianeti del Sistema solare. Per riuscire a creare modelli dell’atmosfera di un esopianeta è necessario avere una buona conoscenza della stella ospite. A questo scopo, il progetto ha creato un database coerente e uniforme delle proprietà rilevanti delle stelle ospiti, che si basa sui dati raccolti dagli archivi dell’Agenzia spaziale europea, combinati con i dati delle missioni spaziali internazionali e degli osservatori a terra. Questi cataloghi di esopianeti e stelle ospiti sono stati accompagnati e interpretati da modelli per valutare l’importanza delle interazioni stella/pianeta. Finora la maggior parte delle informazioni sul contenuto molecolare di un’atmosfera proviene da osservazioni con il telescopio spaziale Hubble, in particolare attraverso la Wide Field Camera 3. La gamma di lunghezze d’onda della telecamera può sondare il vapore acqueo che è stato rilevato in diverse atmosfere di esopianeti. «La situazione subirà presto un drastico cambiamento quando sarà lanciato il telescopio James Webb», spiega Lagage. «Esso fornirà un’ampia copertura di lunghezza d’onda (da 0,4 a 28 micron) permettendo la caratterizzazione delle varie molecole attese nell’atmosfera degli esopianeti come acqua, anidride carbonica e ammoniaca. Sarà dotato di una vasta area di raccolta da 25 metri quadrati che ci permetterà di caratterizzare esopianeti prima inaccessibili». Per Lagage questa nuova conoscenza acquisita aiuterà in ultimo a comprendere il nostro stesso pianeta. «Il successo del progetto ExoplANETS A è dovuto alla collaborazione di diversi scienziati di primo piano che, insieme, hanno permesso di gettare uno sguardo approfondito alla composizione dell’atmosfera di questi pianeti», prosegue. «Se a questo uniamo il lancio del telescopio James Webb, avremo un solido set di strumenti con cui interpretare i nuovi ed eccitanti dati che ci stanno arrivando.»
Parole chiave
ExoplANETS A, telescopio spaziale Hubble, telescopio James Webb, rumore sistematico, atmosfera, pianeta, spettroscopia astronomica