Nel panorama della ricerca sugli esopianeti, comprendere come le atmosfere planetarie vengano letteralmente strappate via nello spazio rappresenta una sfida cruciale per decifrare l'evoluzione a lungo termine di questi mondi lontani. Un team internazionale guidato da ricercatori dell'Università di Ginevra, in collaborazione con il National Centre of Competence in Research PlanetS e il Trottier Institute for Research on Exoplanets dell'Università di Montreal, ha compiuto un passo avanti straordinario in questa direzione. Utilizzando il telescopio spaziale James Webb, gli astronomi hanno seguito per la prima volta in modo continuativo l'intera orbita di un pianeta extrasolare mentre perdeva la propria atmosfera, rivelando una struttura completamente inattesa che mette in discussione i modelli teorici esistenti.
L'oggetto di questo studio pionieristico, pubblicato sulla rivista Nature Communications, è WASP-121b, un gigante gassoso classificato come "Giove ultra-caldo" che orbita talmente vicino alla sua stella da completare una rivoluzione completa in appena 30 ore. Questa prossimità estrema sottopone il pianeta a un bombardamento di radiazioni stellari che riscalda la sua atmosfera a diverse migliaia di gradi. In condizioni così estreme, elementi leggeri come idrogeno ed elio acquisiscono energia sufficiente per sfuggire al campo gravitazionale del pianeta e disperdersi nello spazio interplanetario, un processo chiamato "fuga atmosferica" che nel corso di milioni di anni può alterare radicalmente dimensioni, composizione e destino evolutivo del corpo celeste.
La vera innovazione metodologica risiede nella durata dell'osservazione: utilizzando lo spettrografo nel vicino infrarosso NIRISS a bordo del James Webb Space Telescope, il team ha monitorato WASP-121b per quasi 37 ore consecutive, coprendo più di un'orbita completa. Fino a questo studio, gli astronomi potevano analizzare la fuga atmosferica solo durante i brevi transiti planetari, quando il pianeta passa davanti alla sua stella dalla prospettiva terrestre, periodi che durano poche ore e forniscono solo istantanee frammentarie del fenomeno. L'osservazione continua ha permesso invece di mappare l'intera distribuzione spaziale del gas in fuga e di seguirne l'evoluzione dinamica.
I risultati hanno sorpreso profondamente i ricercatori. Misurando l'assorbimento della luce infrarossa da parte dell'elio, elemento particolarmente efficace come tracciante della fuga atmosferica, il team ha scoperto che il segnale dell'elio rimane rilevabile per oltre la metà dell'orbita del pianeta. Ma l'aspetto più straordinario riguarda la struttura di questo alone gassoso: invece di formare un singolo pennacchio simile alla coda di una cometa, come previsto dai modelli teorici convenzionali, l'elio si distribuisce in due code distinte. Una si estende dietro il pianeta, spinta dalla pressione di radiazione e dai venti stellari, mentre l'altra si proietta davanti ad esso, probabilmente attratta dall'azione gravitazionale della stella. Insieme, questi flussi di gas si estendono per una distanza superiore a 100 volte il diametro del pianeta, pari a più di tre volte la separazione tra WASP-121b e la sua stella.
Come sottolinea Romain Allart, ricercatore postdottorale presso l'Università di Montreal, ex dottorando all'Università di Ginevra e primo autore dello studio, questa osservazione rappresenta solo l'inizio della comprensione della vera complessità di questi mondi alieni. Il Dipartimento di Astronomia dell'Università di Ginevra si è affermato negli anni come centro di eccellenza nello studio della fuga atmosferica, sviluppando modelli numerici che hanno giocato un ruolo fondamentale nell'interpretazione delle prime rilevazioni di elio effettuate dal telescopio spaziale James Webb.
Tuttavia, proprio questa scoperta mette in luce i limiti delle simulazioni attuali. Mentre i modelli esistenti riescono a descrivere efficacemente strutture semplici a singola coda simili a quelle cometarie, faticano a riprodurre la configurazione a doppia coda osservata attorno a WASP-121b. Yann Carteret, dottorando presso il Dipartimento di Astronomia della Facoltà di Scienze dell'Università di Ginevra e coautore dello studio, spiega che questa complessità indica come la struttura dei flussi gassosi derivi dall'interazione combinata di gravità e venti stellari, rendendo necessaria una nuova generazione di simulazioni tridimensionali per analizzarne accuratamente la fisica sottostante.
L'elio si è affermato come uno degli strumenti più efficaci per tracciare la fuga atmosferica, e la sensibilità senza precedenti del James Webb Space Telescope consente ora di rilevarlo su distanze e intervalli temporali mai raggiunti prima. Le implicazioni di questa ricerca vanno oltre il singolo caso di WASP-121b: comprendere i meccanismi che governano la perdita atmosferica è fondamentale per prevedere quali pianeti possano mantenere atmosfere stabili su scale temporali geologiche, un fattore cruciale nella valutazione della potenziale abitabilità di mondi extrasolari.
Le osservazioni future dovranno chiarire se la struttura a doppia coda rappresenti un'eccezione o una caratteristica comune tra i pianeti caldi in orbita stretta attorno alle loro stelle. Come conclude Vincent Bourrier, docente e ricercatore presso il Dipartimento di Astronomia della Facoltà di Scienze dell'Università di Ginevra e coautore dello studio, molto spesso le nuove osservazioni rivelano i limiti dei modelli numerici esistenti e spingono la comunità scientifica a esplorare nuovi meccanismi fisici per approfondire la comprensione di questi mondi distanti. Il perfezionamento dei modelli teorici, capaci di integrare gli effetti combinati di gravità stellare, pressione di radiazione e venti stellari, rappresenta la prossima frontiera per decifrare completamente l'architettura e la dinamica delle atmosfere in fuga, aprendo nuove finestre sulla diversità e l'evoluzione dei sistemi planetari nella nostra galassia.
