Molecola "termometro" confermata sull'esopianeta WASP

Jun 21, 2023

L'idruro di cromo (CrH), una molecola relativamente rara e particolarmente sensibile alla temperatura, è utile come "termometro per le stelle", secondo l'astronomo Laura Flagg, perché è abbondante solo in uno stretto intervallo tra 1.200 e 2.000 gradi Kelvin.

Flagg, ricercatore associato in astronomia presso il College of Arts and Sciences (A&S), ha utilizzato questo e altri idruri metallici per determinare la temperatura delle stelle fredde e delle nane brune. In teoria, ha detto, l’idruro di cromo potrebbe fare lo stesso per gli esopianeti caldi di Giove, che sono paragonabili in temperatura alle nane brune – se queste particolari molecole sono presenti nelle atmosfere degli esopianeti. Ricerche precedenti, a bassa risoluzione, suggerivano che lo fossero.

Ora, Flagg e un team di ricercatori guidato dalla Cornell hanno confermato, utilizzando osservazioni spettrali ad alta risoluzione, la presenza di idruro di cromo nell'atmosfera di un esopianeta del caldo Giove WASP-31b, aprendo la porta all'utilizzo di questa specie di molecola sensibile alla temperatura come un “termometro” per determinare la temperatura e altre caratteristiche negli esopianeti.

Flagg è l'autore principale di "ExoGemS Detection of a Metal Hydride in an Exoplanet Atmosphere at High Spectral Risoluzione", pubblicato il 16 agosto su ApJ Letters. I coautori includono: Ray Jayawardhana, professore di Hans A. Bethe e professore di astronomia (A&S); Jake D. Turner, ricercatore Hubble presso il Cornell Center for Astrofisica e Scienze Planetarie; Ryan J. MacDonald, in precedenza ricercatore associato presso il Carl Sagan Institute e ora Sagan Fellow della NASA presso l'Università del Michigan; e Adam Langeveld, ricercatore post-dottorato in astronomia (A&S). Flagg, Turner e Langeveld sono membri del gruppo di ricerca di Jayawardhana.

L’idruro di cromo non ha precedenti rilevamenti confermati in nessun esopianeta, e questo segna il primo rilevamento di un idruro metallico da uno spettro di esopianeti ad alta risoluzione, hanno scritto i ricercatori.

Il rilevamento definitivo degli idruri metallici in WASP-31b rappresenta un importante progresso nella comprensione delle atmosfere calde dei pianeti giganti, ha affermato Flagg, sebbene la scoperta non fornisca nuove informazioni sul singolo pianeta. Scoperto nel 2011, WASP-31b orbita attorno a una stella F5 una volta ogni 3,4 giorni. Ha una densità estremamente bassa, anche per un pianeta gigante, e il nuovo studio conferma la sua temperatura di equilibrio a 1.400 Kelvin – nella gamma dell’idruro di cromo.

"Le molecole di idruro di cromo sono molto sensibili alla temperatura", ha detto Flagg. “A temperature più calde si vede solo il cromo. E a temperature più basse si trasforma in altre cose. Quindi esiste solo un intervallo di temperatura specifico, da circa 1.200 a 2.200 Kelvin, in cui l’idruro di cromo è presente in grande abbondanza”.

Nel nostro sistema solare, l’unica presenza rilevata di questa molecola è nelle macchie solari, ha detto Flagg: il sole è troppo caldo (circa 6.000 K sulla superficie) e tutti gli altri oggetti sono troppo freddi.

Nella sua ricerca, Flagg utilizza la spettroscopia ad alta risoluzione per rilevare e analizzare le atmosfere degli esopianeti, confrontando la luce complessiva proveniente dal sistema quando il pianeta si trova di lato alla stella con quella di quando il pianeta è di fronte alla stella, bloccando parte della luce della stella. leggero. Alcuni elementi bloccano più luce a determinate lunghezze d’onda e meno luce ad altre lunghezze d’onda, rivelando quali elementi si trovano sul pianeta.

"L'elevata risoluzione spettrale significa che disponiamo di informazioni sulla lunghezza d'onda molto precise", ha affermato Flagg. “Possiamo ottenere migliaia di linee diverse. Li combiniamo utilizzando vari metodi statistici, utilizzando un modello – un'idea approssimativa di come appare lo spettro – e lo confrontiamo con i dati e lo abbiniamo. Se combacia bene, c'è un segnale. Proviamo tutti i diversi modelli e in questo caso il modello di idruro di cromo ha prodotto un segnale.

Il cromo è raro, anche alla giusta temperatura, quindi i ricercatori hanno bisogno di strumenti e telescopi sensibili, ha detto Flagg.

Per analizzare WASP-31b, i ricercatori hanno utilizzato gli spettri ad alta risoluzione di una nuova osservazione nel marzo 2022 come parte dell'indagine Exoplanets with Gemini Spectroscopy dal Maunakea delle Hawaii, utilizzando Gemini Remote Access to CFHT ESPaDOnS Spectrograph (GRACES). Hanno integrato i dati GRACES con dati d’archivio presi nel 2017, che non erano destinati alla ricerca di idruri metallici.