Due nuovi studi che utilizzano i dati del telescopio spaziale in pensione Spitzer della NASA hanno fatto luce su esopianeti giganti e nane brune, oggetti che non sono proprio stelle ma non sono nemmeno pianeti. Entrambi gli studi sono stati al centro di conferenze stampa virtuali ospitate dall'American Astronomical Society il 13 gennaio.
Un'indagine mostra che il tempo sulle nane brune, che si formano come stelle ma non hanno una massa sufficiente per iniziare a bruciare idrogeno nei loro nuclei come fanno le stelle, varia con l'età. Le nane brune e gli esopianeti giganti sono simili per diametro, massa e composizione, quindi comprendere le proprietà atmosferiche di uno può fornire approfondimenti su quelli dell'altro.
Il secondo studio appartiene a un gruppo di studi che esamina i gioviani caldi, esopianeti gassosi che orbitano estremamente vicino alle loro stelle madri. Come nascono questi pianeti massicci e potrebbero esserci sottoclassi di Gioviani caldi con diverse storie di formazione? Per cercare risposte, gli autori dello studio hanno esaminato l'esopianeta XO-3b, un raro esempio di un Giove caldo osservato mentre migrava più vicino alla sua stella ospite.
L'età spesso porta stabilità negli esseri umani, e questo sembra essere vero anche per gli oggetti cosmici. Johanna Vos, astrofisica dell'American Museum of Natural History di New York, discuterà di un'indagine Spitzer pubblicata sull'Astrophysical Journal che ha trovato una maggiore variabilità del tempo sulle giovani nane brune rispetto a quelle vecchie.
Per quanto riguarda le nane brune, la parola variabilità si riferisce a cambiamenti a breve termine nell'intensità delle diverse lunghezze d'onda della luce infrarossa proveniente dall'atmosfera dell'oggetto. Gli astronomi pensano che queste variazioni siano causate dalle nuvole, che riflettono e assorbono la luce nell'atmosfera.
L'alta variabilità potrebbe indicare una caratteristica atmosferica importante, forse come la Grande Macchia Rossa di Giove, una tempesta più grande della Terra che ha turbinato per centinaia di anni. Può anche indicare un'atmosfera in rapido cambiamento, che può avere molteplici cause come grandi differenze di temperatura nell'atmosfera o turbolenze (a volte causate da venti potenti).
Confrontando le giovani nane brune con le precedenti osservazioni di Spitzer di nane brune più vecchie, gli autori hanno scoperto che le variazioni sono più grandi e più drammatiche nelle nane brune più giovani. Vos e i suoi colleghi attribuiscono la differenza al fatto che le nane brune sono più gonfie quando sono giovani ma diventano più compatte con l'età, il che probabilmente rende l'atmosfera più uniforme.
Le giovani nane brune sono simili per diametro, massa e composizione agli esopianeti giganti fatti principalmente di gas. Ma studiare i grandi esopianeti è complicato dalla presenza ravvicinata delle loro stelle madri: la compagna irradia l'atmosfera del pianeta, che cambia la temperatura, o anche la chimica, e influenza il tempo. La luce intensa della stella rende anche più difficile vedere il pianeta che è molto più debole.
Le nane brune, d'altra parte, possono agire come una sorta di gruppo di controllo ed essere osservate in isolamento nello spazio. Gli autori dello studio prevedono di incorporare la nuova scoperta nei modelli di come le atmosfere delle nane brune e degli esopianeti giganti si evolvono con l'età.
Sebbene i gioviani caldi siano il tipo di esopianeta più studiato, rimangono importanti domande su come si formano. Ad esempio, questi pianeti prendono forma lontano dalle loro stelle madri, a una distanza in cui è abbastanza freddo perché molecole come l'acqua diventino solide o più vicine? Il primo scenario si adatta meglio alle teorie su come nascono i pianeti nel nostro sistema solare, ma cosa spingerebbe questi tipi di pianeti a migrare così vicino alle loro stelle madri rimane poco chiaro.
Lisa Dang, scienziata di esopianeti presso la McGill University di Montreal, e i suoi colleghi hanno usato i dati di Spitzer per studiare un esopianeta chiamato XO-3b, che ha un'orbita eccentrica (ovale) piuttosto che l'orbita circolare di quasi tutti gli altri gioviani caldi conosciuti. L'orbita eccentrica indica che XO-3b potrebbe essere recentemente migrato verso la sua stella madre; se questo è vero, alla fine si sistemerà in un'orbita più circolare.
Le osservazioni di Gaia, un osservatorio spaziale dell'ESA (Agenzia Spaziale Europea), e Spitzer suggeriscono entrambe che il pianeta produce parte del proprio calore, ma gli scienziati non sanno perché. È possibile che il calore in eccesso provenga dall'interno del pianeta, attraverso un processo chiamato riscaldamento di marea. La compressione gravitazionale della stella sul pianeta oscilla mentre l'orbita irregolare porta il pianeta più lontano e poi più vicino alla stella. I cambiamenti risultanti nella pressione interna producono calore.
Per Dang, un insolito Giove caldo offre l'opportunità di testare idee su quali processi di formazione possono produrre determinate caratteristiche in questi esopianeti. Ad esempio, il riscaldamento delle maree in altri Giove caldi potrebbe anche essere un segno della recente migrazione? XO-3b da solo non risolverà il mistero, ma serve come un test importante per le idee emergenti su questi giganti roventi.
L'intero corpo di dati scientifici raccolti da Spitzer durante la sua vita è disponibile al pubblico tramite l'archivio dati Spitzer, ospitato presso l'Infrared Science Archive presso l'IPAC al Caltech di Pasadena, in California. Il Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California ha gestito la missione Spitzer Space Telescope per il Science Mission Directorate della NASA a Washington. Le operazioni scientifiche sono state condotte presso lo Spitzer Science Center dell'IPAC.