Il JWST ha individuato la presenza di anidride carbonica sui quattro pianeti noti di HR 8799, parte di un sistema che gli astronomi utilizzano per esplorare la formazione del nostro sistema. I risultati sono coerenti con i modelli di formazione dei pianeti giganti del Sistema Solare. Esistono due modelli per la formazione dei pianeti, noti come “dall’alto verso il basso” e “dal basso verso l’alto”. Si pensa che quelli del Sistema Solare, inclusi Giove e Saturno, abbiano seguito il percorso “dal basso verso l’alto”, iniziando con la costruzione di nuclei solidi. Nel caso dei giganti gassosi, questi nuclei sono poi stati circondati da idrogeno ed elio per raggiungere le loro dimensioni immense. Gli astronomi sono meno sicuri di quanto questo processo sia universale, quindi osservare il processo in altri sistemi è importante. Il sistema HR 8799 ha circa 30 milioni di anni. Si trova anche a 130 anni luce di distanza, che è vicino secondo gli standard dei sistemi stellari in una fase di sviluppo così interessante. Normalmente non potremmo vedere i pianeti direttamente a questa distanza, anche con il JWST, ma i pianeti nel sistema HR 8799 sono così giovani che sono ancora intensamente caldi dal processo di formazione. Di conseguenza, producono abbastanza radiazioni infrarosse da essere visti direttamente. Esiste persino un video dei loro movimenti nel corso di 12 anni. Vedere i pianeti è una cosa, ma il JWST può andare oltre. Rileva il colore distintivo di ciascun pianeta, rivelando la composizione dei suoi strati superiori indicandoci quali lunghezze d’onda vengono assorbite.
Uno studente di dottorato della Johns Hopkins, William Balmer, è il primo autore di uno studio che ha confrontato le osservazioni del JWST del sistema con quelle di un sistema un po’ più vicino e più giovane, 51 Eridani. “Individuando queste forti caratteristiche dell’anidride carbonica, abbiamo dimostrato che c’è una frazione considerevole di elementi più pesanti, come carbonio, ossigeno e ferro, nelle atmosfere di questi pianeti,” ha detto Balmer in una dichiarazione. “Dato ciò che sappiamo sulla stella che orbitano, ciò probabilmente indica che si sono formati tramite accrescimento del nucleo, il che per i pianeti che possiamo vedere direttamente è una conclusione entusiasmante.” Se formati “dall’alto verso il basso”, ci si aspetterebbe che i pianeti abbiano una composizione simile alla loro stella. Misurare la proporzione di elementi più pesanti dell’elio in HR 8799 si è rivelato insolitamente difficile, ma non pensiamo che sia così alta. Le osservazioni hanno rivelato molto meno su 51 Eridani b, l’unico pianeta noto del sistema, ma confermano il sospetto precedente che abbia un’orbita molto eccentrica (allungata). 51 Eridani b è meno rivelatore della sua composizione, ma almeno stiamo imparando sull’orbita di un pianeta così giovane.
Oltre all’anidride carbonica, il JWST ha trovato monossido di carbonio e metano in quantità diverse tra i pianeti, suggerendo differenze nella loro formazione. “Abbiamo altre linee di evidenza che suggeriscono che questi quattro pianeti di HR 8799 si siano formati utilizzando questo approccio dal basso verso l’alto,” ha detto il co-autore dello studio, Dr. Laurent Pueyo dello Space Telescope Science Institute. “Quanto è comune questo per i pianeti a lungo periodo che possiamo vedere direttamente? Non lo sappiamo ancora, ma stiamo proponendo ulteriori osservazioni con Webb, ispirate dalle nostre diagnosi dell’anidride carbonica, per rispondere a questa domanda.”
Per quanto caldi siano, i pianeti in questi sistemi sono oscurati dalle loro stelle nelle immagini scattate dalla Terra. Tuttavia, senza un’atmosfera che diffonda quella luce, il coronografo del JWST può bloccare più efficacemente la luce della stella in modo che i pianeti siano abbastanza chiari da poter vedere anche gas specifici. Il JWST ha identificato la presenza di anidride carbonica in WASP-39 b quando è passato tra noi e la sua stella, ma ciò è stato considerato un rilevamento indiretto, notando le linee di assorbimento nello spettro della stella. Al contrario, l’ultima scoperta è stata diretta, osservando un colore specifico associato all’anidride carbonica. Detto questo, quando si tratta di trovare anidride carbonica e gas più fortemente indicativi di vita nell’atmosfera dei pianeti rocciosi, è il metodo indiretto su cui probabilmente faremo affidamento. Anche tra miliardi di anni, nessuno di questi pianeti sarà adatto alla vita, ma ciò non significa che non influenzino l’abitabilità del loro sistema. Oltre alla possibilità di vita su future lune, Balmer ha notato, “Se hai questi enormi pianeti che agiscono come palle da bowling che attraversano il tuo sistema solare, possono davvero disturbare, proteggere o fare un po’ di entrambi ai pianeti come il nostro, quindi capire di più sulla loro formazione è un passo cruciale per comprendere la formazione, la sopravvivenza e l’abitabilità dei pianeti simili alla Terra in futuro.” Gli autori celebrano anche il fatto che il JWST abbia potuto identificare il colore dato dall’anidride carbonica a HR 8799e, il più interno dei quattro pianeti noti del sistema, e quindi il più difficile da distinguere dal bagliore della stella. Lo studio è pubblicato su The Astronomical Journal.