Non perfettamente sferica, ma a forma di uovo, con un lato più allungato dell’altro. È la silhouette di Wasp-17b, un “gioviano caldo” situato a circa 1.300 anni luce dalla Terra, nella costellazione dello Scorpione; uno dei più grandi “puffy planets” mai scoperti.

La forma dell’atmosfera di Wasp-17b ricostruita con la tecnica del transit mapping. Il pianeta presenta un’ampia fascia di correnti a getto lungo l’equatore, con venti molto intensi che trasportano materia e calore dal lato diurno, costantemente irradiato dalla stella, a quello notturno, perennemente in ombra. Questa circolazione atmosferica contribuisce a determinare la caratteristica forma ovoidale del pianeta. Crediti: Engine House/Hannah Wakeford

A ricostruire per la prima volta i contorni dell’esopianeta e la forma tridimensionale della sua atmosfera è stato un team internazionale di ricercatori guidato dalla Cornell University, che ha sfruttato le capacità osservative del telescopio spaziale James Webb e un nuovo metodo di analisi chiamato transit mapping. I risultati dello studio, pubblicati ieri su Nature Astronomy, mostrano come l’intensa radiazione stellare e le correnti che ne derivano plasmino l’atmosfera del pianeta, confermando le predizioni teoriche e i modelli di simulazione.

I pianeti gassosi sono oggetti tridimensionali la cui forma è modellata dalla loro atmosfera. Ciò è ancora più evidente per i pianeti in rotazione sincrona, una condizione tipica dei gioviani caldi che orbitano estremamente vicini alla propria stella. Tali mondi, rivolgendo sempre la stessa faccia alla loro stella, possiedono un lato costantemente illuminato e uno perennemente in ombra. Questa condizione determina marcati gradienti orizzontali di temperatura, che possono modificare sia l’estensione verticale dell’atmosfera sia le condizioni chimiche al suo interno, determinando il contorno apparente del pianeta.

Mappare queste differenze permette dunque di ricostruire le variazioni della struttura atmosferica e di delineare la sagoma del pianeta.  Le osservazioni spettroscopiche del lembo degli esopianeti durante il loro transito sul disco della stella consentono di indagare tali variazioni, assumendo che il raggio del pianeta sia uniforme lungo tutto il suo contorno. Tra le tecniche usate per questo tipo di indagini c’è l’eclipse mapping, che misura le variazioni di luce quando un pianeta passa dietro la propria stella ospite.

Illustrazione che mostra Wasp-17b in transito davanti alla propria stella. Crediti: Engine House/Hannah Wakeford

Sebbene queste osservazioni consentano di caratterizzare l’atmosfera nel suo complesso, non permettono di ricostruire le variazioni da una regione all’altra. Restituiscono infatti uno spettro di trasmissione che è solo la media delle proprietà atmosferiche lungo il contorno.

Per superare questo limite, come anticipato, il team ha utilizzato il metodo del transit mapping. Tracciando le variazioni della luce che attraversa l’orizzonte atmosferico da diverse angolazioni, la tecnica consente di determinare l’estensione e la composizione chimica dell’atmosfera, punto per punto lungo l’intero bordo. In questo modo è possibile mapparne le proprietà sia dall’equatore ai poli, sia tra i terminatori, ovvero le regioni di transizione tra il lato diurno e quello notturno, definendo la struttura esatta della sagoma planetaria.

«Invece di ipotizzare che il pianeta sia un cerchio con lo stesso raggio lungo tutto il perimetro, la nostra tecnica permette di ricavare la distanza dal centro al bordo in diversi punti. Siamo dunque in grado di percorrere l’intero profilo», ha spiegato Lili Alderson, ricercatrice alla Cornell University e prima autrice della ricerca.  «In un certo senso, siamo passati dall’osservare un anello al capire esattamente dove si trovano le “gemme” lungo di esso».

La metafora delle gemme utilizzata dalla scienziata si riferisce proprio alla presenza di variazioni locali di quota nell’atmosfera, che si traducono in rigonfiamenti della sagoma e, dunque, in variazioni del raggio del pianeta. Se in una certa regione l’aria è molto calda, il pianeta sembra più grande e il suo raggio in quel punto aumenta. Al contrario, se in un altro punto l’aria si raffredda, l’atmosfera diventa più sottile, quindi il raggio in quella regione diminuisce.

A sinistra, rappresentazione grafica dei contorni di Wasp-17b (linee nere) presi a due diverse lunghezze d’onda e messi a confronto con l’ipotesi di un pianeta perfettamente circolare (linea grigia tratteggiata). I raggi estratti punto per punto lungo il lembo sono evidenziati dalle linee colorate. Al centro, l’andamento del raggio misurato attorno al bordo del pianeta al variare dell’angolo. A destra, grafici che mostrano la conversione delle variazioni di raggio nello spettro di trasmissione finale in funzione della lunghezza d’onda. Crediti: Alderson et al., Nature Astronomy, 2026

Una di queste gemme è stata trovata dai ricercatori proprio dove i modelli fisici ne prevedevano la presenza: nella fascia equatoriale del lato notturno di Wasp-17b. In questa regione, potenti venti trasportano il calore dal lato perennemente illuminato verso quello buio, provocando un rigonfiamento dell’atmosfera. Il risultato è un pianeta dalla forma asimmetrica e allungata, simile a un uovo.

La tecnica del transit mapping ha inoltre permesso di confermare altre caratteristiche di Wasp-17b: «la teoria prevede che i lati diurno e notturno di questi pianeti debbano avere una forte escursione di temperatura. Wasp-17b si inserisce perfettamente in questo trend. È esattamente in linea con quanto ci aspettavamo», osserva Alderson. «È stato inoltre importante confermare che molecole come l’acqua e l’anidride carbonica sono distribuite in modo piuttosto uniforme lungo tutto il lembo atmosferico».

«Il primissimo utilizzo di questa nuova tecnica mostra che la nostra comprensione di questi pianeti è corretta e che i diversi metodi a disposizione per studiarli restituiscono risultati concordanti», conclude Alderson. «In questo senso, le prospettive future sono molto promettenti: nei prossimi anni, infatti, queste tecniche ci permetteranno di studiare in profondità molti altri pianeti».

Per saperne di più:

• Leggi su Nature Astronomy l’articolo “A spatial map of the atmospheric limb of a hot Jupiter” di Lili Alderson, Hannah R. Wakeford, David Grant, Nikole K. Lewis, Avinash Verma, Jayesh Goyal, Mark Hammond, Daniel Valentine, Natalie H. Allen, Ana Glidden, Amélie Gressier, Jingcheng Huang, Maura Lally, Dana R. Louie, Jacob Lustig-Yaeger, Cathal Maguire, Elijah Mullens, Kristin S. Sotzen, Jeff A. Valenti, Roeland P. van der Marel e Tiffany Kataria

Duecentocinquanta scienziate, scienziati e rappresentanti delle principali istituzioni di ricerca di tutto il mondo hanno celebrato l’inaugurazione del sottosistema del Large-Sized Telescope (Lst) presso il sito settentrionale del Cherenkov Telescope Array Observatory (Ctao) – Nord, situato all’Osservatorio del Roque de los Muchachos a La Palma, nell’arcipelago delle Canarie (Spagna). Il completamento dei quattro telescopi Lst segna una tappa fondamentale per le comunità mondiali dell’astrofisica e della fisica delle astroparticelle, e rappresenta un passo cruciale verso la piena operatività scientifica del Ctao, a cui hanno dato un contributo rilevante anche l’Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf) e l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn).

Il sottosistema sottosistema del Large-Sized Telescope (Lst) presso il sito settentrionale del Cherenkov Telescope Array Observatory (Ctao) – Nord, situato all’Osservatorio del Roque de los Muchachos a La Palma, nell’arcipelago delle Canarie (Spagna). Crediti: Lst Collaboration

Ciascun telescopio è dotato di uno specchio di 23 metri di diametro ed è equipaggiato con fotocamere all’avanguardia e ultraveloci. Progettati per rivelare i deboli lampi di luce Cherenkov prodotti dall’interazione dei raggi gamma ad altissima energia con l’atmosfera terrestre, i telescopi Lst sono gli strumenti più sensibili al mondo per l’osservazione dei raggi gamma a energie comprese tra circa 20 gigaelettronvolt (GeV) e diversi teraelettronvolt (TeV).

Questa straordinaria sensibilità è fondamentale per individuare sorgenti di raggi gamma remote e transitorie. Poiché i raggi gamma ad altissima energia vengono gradualmente assorbiti mentre attraversano l’Universo, la capacità dei telescopi Lst di rivelare raggi gamma fino alle più basse energie consente agli scienziati di esplorare sorgenti a distanze cosmologiche, di risalire più indietro nella storia cosmica e di osservare la rapidissima variabilità delle sorgenti gamma in dinamica evoluzione con maggiore accuratezza statistica.

Il pioniere Lst-1

Già a partire dal 2020, ancor prima del completamento dell’intero sottosistema, durante la sua fase di collaudo, il prototipo Lst-1 ha prodotto risultati di notevole portata. Tra questi rientrano le osservazioni di pulsar, gli studi sui nuclei galattici attivi a distanze cosmologiche e il rapido monitoraggio di fenomeni transienti come nove e lampi di raggi gamma (Grb).

Con l’affiancamento dei tre nuovi Lst (Lst-2, Lst-3 e Lst-4) all’esistente Lst-1, i quattro telescopi formano ora una vera e propria rete (sottosistema). Osservando simultaneamente da più direzioni il medesimo sciame di raggi gamma, i telescopi Lst offriranno una sensibilità nettamente superiore, una risoluzione angolare migliore e una ricostruzione dell’energia più precisa, aprendo un nuovo livello di accuratezza nello studio dell’universo a raggi gamma.

«Il completamento del sottosistema Lst è il culmine di oltre quindici anni di collaborazione internazionale e innovazione tecnologica», ha dichiarato Masahiro Teshima, Principal Investigator della collaborazione Lst e portavoce del consorzio Ctao. «Questi telescopi ci permetteranno di esplorare alcuni degli ambienti più estremi dell’Universo, tra cui buchi neri supermassicci e stelle di neutroni, di indagare le possibili origini dei raggi cosmici e di contribuire alle ricerche sulla natura della materia oscura».

Uno dei telescopi del sottosistema Lst a Ctao-Nord. Crediti: Lst Collaboration

In viaggio verso l’universo primordiale

Gli Lst costituiscono il cuore a bassa energia di Ctao-Nord e offriranno un’opportunità unica per sondare l’universo, risalendo indietro nel tempo fino a circa 12 miliardi di anni fa, quando esso aveva meno di due miliardi di anni. La loro sensibilità ai raggi gamma di energia più bassa consentirà di individuare e studiare brillanti lampi di raggi gamma ad alto redshift, estendendo potenzialmente le osservazioni gamma a sorgenti con redshift fino a z~4 e fornendo nuove informazioni sull’Universo primordiale.

«Oggi si celebra un passo avanti importantissimo verso la realizzazione del Ctao, a cui l’Italia contribuisce con un patrimonio di capacità scientifiche, progettuali e industriali. L’Italia ospita a Bologna, presso l’Inaf, la sede centrale dell’Osservatorio internazionale e sta contribuendo alla realizzazione di gran parte dei suoi strumenti. Oggi l’attenzione è focalizzata sul sito nord, ma il nostro sguardo abbraccia l’intero Osservatorio: il contributo italiano è infatti particolarmente significativo anche nel sito sud, in Cile, attraverso la realizzazione di altri due Large-Sized Telescopes e ben 37 Small-Sized Telescopes, tutti in costruzione in Italia e destinati a Ctao-Sud», ha affermato Lucio Angelo Antonelli, dirigente di ricerca all’Inaf e co-principal investigator della collaborazione internazionale Lst. «Le prossime fasi di collaudo e integrazione nelle operazioni del Ctao porteranno questi strumenti a esprimere pienamente le loro capacità. È un passaggio decisivo verso le scoperte che attendiamo, ma soprattutto verso quelle che ancora non sappiamo immaginare».

«L’Infn partecipa allo sviluppo di questi nuovi telescopi fin dalle prime fasi di progettazione. Ha realizzato la struttura in fibra di carbonio che sostiene l’arco della camera e ha contribuito alla costruzione della camera stessa, oltre a sviluppare altri componenti meccanici ed elettronici di alta precisione, necessari per calibrare il sistema di puntamento. Finora il nostro contributo si è concentrato soprattutto sugli strumenti del sito nord di Ctao, ma ora, grazie ai finanziamenti del Pnrr del Ministero dell’università e della ricerca, stiamo dando assieme all’Inaf un grande contributo alla realizzazione delle camere dei telescopi del sito sud», spiega Mosè Mariotti, ricercatore dell’Infn responsabile nazionale del gruppo Infn in Ctao. «Nei prossimi due anni, quando i nuovi telescopi entreranno pienamente in funzione, la sensibilità aumenterà notevolmente, fino a un ordine di grandezza rispetto agli strumenti attuali: questo significa che potremo ottenere gli stessi risultati scientifici in un centesimo del tempo, aprendo nuove straordinarie possibilità di scoperta», conclude Mariotti.

Uno dei telescopi del sottosistema Lst a Ctao-Nord. Crediti: Tomohiro Inada

Nei prossimi anni, gli Lst saranno sottoposti a collaudo e integrati nelle operazioni di Ctao. Insieme agli altri telescopi previsti per entrambi i siti dell’Osservatorio, affronteranno questioni fondamentali dell’astrofisica, della fisica delle particelle e della cosmologia, come la natura della materia oscura, l’origine dei raggi cosmici e la fisica degli acceleratori cosmici estremi.

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Per saperne di più:

• Informazioni sulla Collaborazione Lst
  La Collaborazione Large-Sized Telescope (Lst) è un consorzio internazionale di scienziati, ingegneri e istituzioni impegnati nella progettazione, costruzione e messa in servizio degli Lst per il Ctao. La collaborazione ha sviluppato tecnologie avanzate nell’ottica, nei rivelatori, nella meccanica e nell’elettronica ad alta velocità per raggiungere la soglia energetica più bassa mai ottenuta da osservatori gamma da terra. Il progetto è stato reso possibile da una solida partnership internazionale che coinvolge istituzioni provenienti da Brasile, Bulgaria, Croazia, Francia, Germania, Giappone, Italia, Polonia, Repubblica Ceca, Spagna e Svizzera.
• Informazioni su Ctao
  Il Ctao (Cherenkov Telescope Array Observatory) sarà il più grande e potente osservatorio al mondo per l’astronomia a raggi gamma. La precisione senza precedenti e l’ampio intervallo energetico del Ctao (20 GeV – 300 TeV) aiuteranno a rispondere ad alcuni dei quesiti più complessi dell’astrofisica e della fisica delle particelle, articolati in tre temi principali: comprendere l’origine e il ruolo delle particelle cosmiche relativistiche; sondare ambienti estremi come buchi neri o stelle di neutroni; ed esplorare le frontiere della fisica, alla ricerca della materia oscura o di deviazioni dalla teoria della relatività di Einstein. Per coprire il suo ampio intervallo di energia, il Ctao utilizzerà tre tipi di telescopi: Large-Sized Telescope (Lst), Medium-Sized Telescope (Mst) e Small-Sized Telescope (Sst). Oltre 60 telescopi saranno distribuiti tra due stazioni osservative: Ctao-Nord, nell’emisfero settentrionale presso l’Osservatorio del Roque de los Muchachos a La Palma (Spagna), e Ctao-Sud, nell’emisfero meridionale presso l’Osservatorio dell’Eso al Paranal nel deserto di Atacama (Cile).

La missione Martian Moons eXploration (Mmx) è pronta a partire a bordo di un razzo H3 dal Tanegashima Space Center, in Giappone, alle 4:41 ora locale del 20 ottobre 2026 (in Italia, le 21:41 del 19 ottobre 2026). Mmx – una missione guidata dalla Japan Aerospace Exploration Agency (Jaxa), in collaborazione con la Nasa, l’agenzia spaziale francese (Cnes), il Centro aerospaziale tedesco (Dlr) e l’Agenzia spaziale europea (Esa) – sarà la prima a raccogliere un campione dalla luna marziana Phobos e a riportarlo sulla Terra.

Marte ha due lune: Phobos (“paura” in lingua greca, con diametro medio di 22,2 km e massa circa un milionesimo di quella della Luna) e Deimos (“terrore” in lingua greca, con diametro medio di 12,4 km e quasi dieci volte più leggero di Phobos). Nonostante il gran numero di missioni inviate verso il Pianeta rosso, le sue lune rimangono ancora pressoché inesplorate e sollevano ancora grandi interrogativi su come si siano formate e sulla loro composizione. Nessun veicolo spaziale ha mai sostato a lungo nelle loro vicinanze, e le conoscenze raccolte finora si basano essenzialmente su ciò che è stato possibile osservare durante alcuni sorvoli.

Infografica in stile fumetto intitolata «La missione Martian Moons eXploration (Mmx)». I riquadri illustrano le diverse fasi della missione: «Ottobre 2026», Mmx parte dal Tanegashima Space Center, in Giappone; «Agosto 2027», Mmx entra in orbita attorno a Marte; «Settembre 2027», Mmx entra in orbita attorno a Phobos; Mmx osserva Marte dall’orbita, individuando il sito di atterraggio del rover e i siti di campionamento; la sonda principale di Mmx rilascia il rover Idefix, che atterra su Phobos; Mmx raccoglie campioni da Phobos, di due tipi diversi e da due zone differenti della luna; «Novembre 2030», il modulo di ritorno di Mmx inizia il viaggio verso la Terra, sorvolando Deimos e Marte lungo il percorso; «2031», Mmx raggiunge la Terra e rilascia la capsula per il ritorno dei campioni, che atterra nella Woomera Prohibited Area, in Australia; i campioni di Phobos vengono estratti e catalogati, pronti per le indagini scientifiche. Nei decenni a venire, gli scienziati studieranno questi campioni per rispondere a domande come: «Da dove provengono le lune di Marte?», «Che cosa possono rivelarci sull’abitabilità nel Sistema solare?» e «Come sono cambiati Marte e il suo ambiente nel corso del tempo?». Crediti: Esa

Non conosciamo, ad esempio, la loro origine. Potrebbero essere asteroidi catturati dall’attrazione gravitazionale di Marte e rimasti in orbita attorno al pianeta, oppure i resti dei detriti scagliati in orbita in seguito a una gigantesca collisione sulla superficie marziana. Per scoprirlo, Mmx sarà il primo veicolo spaziale a orbitare attorno a Phobos, seguendo un’orbita di tipo “quasi-satellite”, e il primo a raccogliere campioni dalla superficie di una luna diversa dalla nostra. Per consentire l’atterraggio, le manovre e la raccolta robotizzata dei campioni (circa 10 grammi, secondo i piani) nella gravità estremamente ridotta di Phobos, sono state sviluppate tecnologie specifiche.

Mmx impiegherà circa un anno per raggiungere Marte. L’ingresso in orbita attorno al Pianeta rosso è previsto per agosto 2027, mentre l’inizio delle operazioni in orbita attorno a Phobos è previsto a partire da settembre dello stesso anno. Dopo aver studiato Phobos (e Deimos) a distanza, all’inizio del 2029 Mmx rilascerà un rover chiamato Idefix, per poi atterrare essa stessa sulla superficie della luna per raccoglierne i campioni. La missione è dotata complessivamente di 11 strumenti scientifici: sette a bordo della sonda principale e quattro sul rover. La sonda principale è inoltre dotata di un monitor per le radiazioni, due fotocamere ad alta risoluzione e due diversi dispositivi per il campionamento: una carotatrice, che consentirà di raccogliere campioni fino a una profondità di due centimetri, e un campionatore pneumatico, che utilizza gas pressurizzato per sollevare il materiale dalla superficie e convogliarlo in un contenitore. Il rover Idefix, del peso di 25 kg, ha due compiti principali: fornire informazioni utili a preparare l’atterraggio della sonda principale per la raccolta dei campioni e analizzare la composizione e la consistenza della superficie di Phobos. La gravità su questa luna è così debole che, sulla sua superficie, Idefix peserà l’equivalente di appena 15 grammi.

Una volta raggiunto Marte, Mmx potrà anche contare sul supporto di una vera veterana del Pianeta rosso: la sonda Mars Express dell’Esa, operativa dal 2003. L’atterraggio della sonda principale su Phobos per la raccolta dei campioni è previsto per il 2030: il materiale raccolto verrà inserito in un modulo di rientro destinato al viaggio verso la Terra. Il modulo raggiungerà il nostro pianeta nel 2031 e rilascerà una capsula contenente almeno dieci grammi di materiale proveniente da Phobos. La capsula ha un diametro di circa 60 centimetri ed è dotata di uno scudo termico che le permetterà di resistere al rientro nell’atmosfera terrestre. Atterrerà in Australia e verrà trasferita subito all’Istituto di scienze spaziali e astronautiche (Isas) della Jaxa, a Sagamihara, vicino a Tokyo. Qui verrà smontata all’interno di un laboratorio specializzato e i campioni saranno estratti, catalogati e messi a disposizione per le indagini scientifiche. A poterli analizzare, ci sono anche gli scienziati europei: L’Esa sta infatti collaborando con Cnes, Dlr e Jaxa per pubblicare bandi che consentano ai ricercatori di candidarsi a studiare il materiale raccolto.

«Portare i campioni nei nostri laboratori più sofisticati sulla Terra moltiplica le possibilità di fare nuove scoperte, perché i nostri strumenti più precisi sono troppo grandi, complessi o sensibili per essere inviati nello spazio», dice Elliot Sefton-Nash, Project Scientist della missione Mmx all’Esa. «Anche dopo la conclusione della missione, le generazioni future di scienziati potranno studiare i campioni di Phobos con strumenti ancora più avanzati: i campioni riportati sulla Terra sono un dono che continua a dare i suoi frutti».

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