I laboratori virtuali offrono nuove prospettive sulla formazione degli esopianeti e sulle loro atmosfere
I laboratori virtuali sono fondamentali per simulare ambienti fisico-chimici inesplorati, in particolare per studiare i dischi di formazione planetaria e le atmosfere degli esopianeti. Con il sostegno del programma di azioni Marie Sklodowska-Curie, il progetto CHAMELEON ha sviluppato con successo queste piattaforme per analizzare a fondo le osservazioni attuali e future dei dischi protoplanetari e degli esopianeti.
I laboratori virtuali aiutano a colmare le lacune dei dati osservativi
«I laboratori virtuali sono fondamentali per superare il problema dei set di dati osservativi talvolta incoerenti o incompleti, perché integrano diversi modelli teorici e metodi computazionali avanzati», osserva Ruth-Sophie Taubner, la coordinatrice del progetto. Attingendo a svariati campi scientifici, tra cui l’astrofisica, la chimica computazionale, la fisica, le geoscienze e la matematica, questi strumenti all’avanguardia consentono ai ricercatori di simulare e analizzare processi fisici e chimici complessi. CHAMELEON ha perfezionato i modelli termochimici dei dischi protoplanetari per comprendere meglio le condizioni che influenzano la formazione dei pianeti, collegando questi modelli con i dati osservativi. «Abbiamo migliorato i modelli di atmosfera esoplanetaria tenendo conto dell’irradiazione della stella ospite, della formazione delle nubi, delle scariche elettriche e dei processi di carica, per sfruttare al massimo i dati del James Webb Space Telescope (JWST) e delle missioni future», spiega Taubner. Il gruppo di ricerca ha inoltre usato modelli teorici come laboratori virtuali per prevedere gli spettri emergenti, confrontando queste previsioni con i dati del telescopio spaziale Hubble e del JWST.
Nuovi strumenti e tecniche di apprendimento automatico per la ricerca sugli esopianeti
«Abbiamo ampliato le reti di valutazione chimica nei modelli di dischi di formazione planetaria, includendo l’acquisizione di cariche elettriche della polvere basate sulle dimensioni e la produzione di grandi molecole di idrocarburi, utilizzando recuperi bayesiani basati sull’apprendimento automatico per analizzare i dati osservativi», afferma Taubner. «Studiamo la composizione atmosferica sia di esopianeti vecchi (più di 1 miliardo di anni), irradiati dalle loro stelle ospiti, sia di esopianeti più giovani, che emettono luce propria.» Un risultato notevole del progetto è stata la simulazione atmosferica in 3D del Saturno extrasolare caldo HATS-6b, che ha permesso di prevederne la distribuzione delle nubi e la composizione chimica. I laboratori virtuali hanno permesso di modellare in modo completo i processi fisici, mentre sono stati sviluppati nuovi strumenti per simulare le osservazioni sintetiche del JWST, come dei Nettuni in miniatura. Grazie alle simulazioni chimico-quantistiche sono state indagate la formazione e la stabilità degli ammassi di ossidi metallici nelle atmosfere di esopianeti caldi, migliorando le conoscenze su questi ambienti esotici.
Un futuro brillante per la ricerca sulla scienza degli esopianeti
CHAMELEON ha permesso alla scienza degli esopianeti di fare passi avanti grazie alla formazione di 15 dottorandi e dottorande, e alla produzione di oltre 140 articoli scientifici, quattro volte il volume medio delle ex Reti di formazione innovativa Marie Curie nel campo della fisica. Tra questi, 28 lavori hanno avuto studenti come autori principali, e oltre 40 erano incentrati sulle osservazioni del JWST. Mettendo in discussione il pensiero convenzionale, il progetto ha introdotto nuovi approcci e approfondimenti, aprendo la strada alle ricerche scientifiche future e a percorsi di lavoro per i ricercatori in fase iniziale di carriera. Nell’ambito di CHAMELEON è stata sviluppata inoltre una piattaforma computazionale per studiare gli esopianeti e i loro ambienti di formazione a diversi livelli di complessità, integrando i dati osservativi con simulazioni all’avanguardia.
Un ponte tra arte e astrofisica
Per celebrare la conclusione di CHAMELEON, è stata organizzata una conferenza finale presso l’Università di Copenaghen, che ha riunito scienziati impegnati in una vasta gamma di temi, tra cui gli esopianeti, l’evoluzione dei dischi, la vita esotica e il futuro della vita e dell’umanità. L’evento, co-finanziato dal Copenhagen Center for ExoLife Sciences, ha evidenziato le scoperte della rete sull’eterogeneità chimica nei dischi di formazione planetaria e nelle atmosfere degli esopianeti. L’incontro è servito anche da piattaforma per immaginare collaborazioni e progetti futuri, successive al periodo di finanziamento. Parallelamente alla conferenza si è tenuta la mostra d’arte «Exploring Exoplanets» (esplorare gli esopianeti), che ha puntato i riflettori sull’iniziativa «Arts, Education and Science Outreach» (diffusione delle arti, dell’istruzione e della scienza) della rete CHAMELEON. Coniugando arte e scienza, l’iniziativa culturale ha messo in mostra l’intersezione creativa tra astrofisica ed espressione artistica.
Parole chiave
CHAMELEON, esopianeta, laboratori virtuali, dischi di formazione planetaria, atmosfere, STEAM