LA DIVERSITA' DEI GEMELLI

La scoperta di cui parliamo oggi mette l'accento sulla caratterizzazione dei pianeti extrasolari. Tra le migliaia di mondi che oggi conosciamo, molti ormai si somigliano ad esempio per massa o dimensioni. Eppure non possiamo pensare che due pianeti con stesse caratteristiche siano necessariamente uguali e ciò vale soprattutto per l'aspetto di questi mondi. 

Hubble ha osservato due stelle simili al Sole, HAT-P-38 e WASP-67, concentrandosi sui due pianeti giganti gassosi che vi orbitano attorno, rispettivamente HAT-P-38b e WASP-67b.

Nonostante essi abbiano simile taglia, massa, temperatura e stella madre, gli astronomi hanno voluto saperne di più e hanno cercato di ricostruirne l'aspetto suggerito dai dati raccolti.

Autrice di queste fini osservazioni è la camera WFC3 di Hubble, giò molte volte utilizzata in passato per lo studio e la caratterizzazione dei pianeti extrasolari. 

La vera scoperta sta dunque nell'analisi spettroscopica delle due atmosfere, simili nella struttura ed assai diverse nella composizione chimica! 

Questa evidenza non può significare altro se non una genesi differente dei due involucri gassosi.

L'atmosfera di WASP-67b è più densa di nubi rispetto a quella che circonda HAT-P-38b.

Analizzando l'emissione spettrale delle molecole d'acqua presenti nelle due atmosfere, gli astronomi sono anche riusciti a riconoscere e quantificare l'incidenza della presenza di nubi su tale emissione, potendo stimare quindi l'abbondanza di nubi presenti sui due pianeti. In termini del tutto generali tale nuvolosità provoca un'attenuazione nel segnale prodotto dalle molecole d'acqua.

Tali differenze nella composizione chimica e nella nuvolosità potrebbero essere state causate da vari fattori passati come eventi globali, migrazioni planetarie, cambiamenti delle condizioni ambientali in cui si sono evoluti i due mondi.

I due pianeti sono molto vicini alla loro stella e completano il loro anno in appena 4 giorni e mezzo. Tale condizione li vincola a mostrare sempre il medesimo emisfero alla stella, producendo un dì perenne rovente (700°C) ed una notte perenne più fredda sull'altro emisfero. Le nubi che si addensano su questi pianeti potrebbero essere formate da cloruro di potassio e solfuro di sodio.

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KELT-9b, IL PIANETA PIU' CALDO CONOSCIUTO

Tra queste pagine abbiamo incontrato moltissimi mondi inospitali per i più svariati motivi, ma Kelt-9b detiene un record assoluto in materia di temperatura. 

Il pianeta, quasi 3 volte più massiccio di Giove e 2 volte meno denso, orbita attorno alla stella Kelt-9 (distante 620 anni luce) in appena un giorno e mezzo. La brevità del suo anno va di pari passo con l'estrema vicinanza di questo mondo alla sua stella, due volte più grande e più calda (9.900°C) rispetto al Sole.

Ebbene, questo gigante gassoso viene costantemente investito dalla fortissima radiazione stellare e presenta una temperatura di 4330°C, la più alta in assoluto tra i pianeti extrasolari noti e superiore anche alla maggior parte delle stelle della Via Lattea!

Per intenderci, ha una temperatura appena 1200°C più bassa del nostro Sole. Su Kelt-9b fa talmente caldo che neanche le molecole di acqua, metano ed anidride carbonica possono formarsi. Insomma, nonostante sia caldo come una stella rientra pienamente nei requisiti (dimensione e massa) per essere considerato un pianeta.

L'estrema vicinanza del pianeta alla sua stella lo costringe a mostrare sempre il medesimo

emisfero al suo astro, generando un giorno ed una notte perenni. Ma non solo: l'enorme quantità di radiazione ultravioletta emessa dalla stella rischia di dissolvere il pianeta in poche centinaia di milioni di anni, spazzandone via l'atmosfera e creando una vera e propria coda cometaria rilasciata dal pianeta lungo la sua orbita. Ma è altrettanto possibile che prima di ciò, entro un miliardo di anni, la stella distrugga il pianeta inglobandolo durante la sua fase di gigante rossa. 

In termini astronomici al pianeta non rimane tanto e quel poco che gli rimane non se lo sta vivendo bene.

Nel prossimo futuro Hubble, Spitzer e JWST torneranno ad osservare Kelt-9b per saperne di più e determinare quale sarà la fine di questo pianeta rovente.

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STELLE LONTANE PER RACCONTARE UNA STELLA VICINA

HD 107146 è una stella di magnitudine visuale 7 posta a circa 90 anni luce da noi, in direzione della costellazione della

Chioma di Berenice. Si tratta di una stella gemella del Sole ma con un'età compresa tra 80-120 milioni di anni, dunque molto più giovane del nostro astro.

Il tipico eccesso di segnale nell'infrarosso ha permesso di svelare nel 2003 il disco di polveri e detriti che circonda la stella, orientato perpendicolarmente alla nostra linea di vista. Si trattava all'epoca della prima struttura del genere scoperta attorno ad una stella identica al Sole. L'anno successivo le osservazioni sono state confermate da Hubble.

Compiendo osservazioni nelle lunghezze d'onda submillimetriche e del lontano infrarosso, gli astronomi hanno dedotto che il disco ha una temperatura di circa -222°C ed una massa pari a un decimo di quella terrestre. Da successive osservazioni si è dedotto anche che il disco deve essere composto da grani piccoli.

Tutta la struttura si estende per 210 x 300 UA.
Lo studio di questa cintura di polveri e detriti attorno alla giovane stella è molto importante per almeno due motivi: per comprendere in termini generali l'evoluzione delle fasce di asteroidi e per sfruttare questa finestra sull'infanzia del nostro Sole. 

Durante il suo orbitare attorno al centro della Via Lattea, HD 107146 si è trovata a transitare su di una galassia lontana posta sullo sfondo.
Esattamente come si fa per studiare le atmosfere dei pianeti extrasolari transitanti, ovvero attendendo che il pianeta si trovi in controluce per poter analizzare la luce stellare rifratta dall'involucro di gas, questa volta la galassia sullo sfondo fornirà la luce che verrà analizzata dopo il passaggio attraverso il disco di polveri della stella. E' una configurazione molto particolare ma che potrà raccontarci molto sulla struttura, sulla composizione e sulla densità di questo disco.
La galassia che sta per essere oscurata è nota da almeno 14 anni, ma fino al 2020 non verrà completamente eclissata dal disco di polveri della stella. Eppure, già da ora, ogni momento è buono per compiere osservazioni ed imparare qualcosa di nuovo sulle porzioni esterne di questo disco.

SEMPRE MENO SEGRETI ATTORNO A FOMALHAUT

Fomalhaut è una delle stelle più brillanti dell'intero cielo, la più luminosa della sua costellazione: il Pesce Australe. Simile a Sirio e Vega, dista da noi 25 anni luce e ha una massa ed una dimensione doppia rispetto al Sole. Risulta però sensibilmente più calda con i suoi 8500 K.

Al di là della sua luminosità, c'è molto interesse per questa stella in quanto ospita attorno a sé un estesissimo disco di gas e polveri in cui orbita Fomalhaut b, il primo pianeta extrasolare scoperto grazie ad un'osservazione diretta.

La presenza del disco fu intuita per la prima volta grazie ai dati raccolti dal telescopio spaziale IRAS nel 1983 che osservando la stella e le sue immediate vicinanze rivelarono un eccesso di radiazione infrarossa. Nel 1998 il sistema fu osservato nelle lunghezze d'onda millimetriche e submillimetriche, mettendo il luce il disco e l'estesa cavità centrale. 

La svolta però si ebbe nel 2005 quando, grazie al coronografo ed all'osservazione ad altissima risoluzione (0.5 UA per pixel) nel visibile, Hubble fece un ritratto completo al disco di gas e polveri. 

Ciò che emerse fu un disco ellittico di 140 x 57.5 UA, con una fascia di materiale asteroidale e cometario estesa 25 UA tra le 133 e le 158 UA da Fomalhaut, stella a sua volta posta a 15.3 UA dal vero centro del disco. Lo spessore massimo del disco risultò essere di 3.5 UA per una massa totale compresa tra le 50 e le 100 masse terrestri. 

Dalle analisi spettroscopiche si comprese che il disco era composto prevalentemente da ghiaccio d'acqua e silicati, seguiti da composti del ferro e del carbonio; il tutto ad una temperatura compresa tra 40 e 75 K.

Nel 2003 il telescopio Spitzer aggiunse un tassello al puzzle: trovò tracce di un disco di materiale cometario molto più vicino alla stella, tra le 6 e le 20 UA.

Questo e poco altro è tutto ciò che si è saputo fino ad oggi di Fomalhaut e del suo disco di polveri. Tra le recenti novità è da citare senza dubbio quella riguardante la natura tripla del sistema stellare di Fomalhaut.

Ma recentemente sono state effettuate nuove osservazioni da ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). E' stato così possibile ottenere per la prima volta l'immagine più dettagliata di sempre dell'intero sistema. 

Facendo l'analisi spettroscopica di questi detriti gli astronomi hanno trovato analogie tra quel materiale e quello cometario presente nel sistema solare; hanno anche evidenziato come il sistema stia attraversando una fase analoga al late heavy bombardment subita dal giovane sistema solare, quando i detriti rimanenti dalla formazione del sistema colpirono incessantemente il neonato sistema planetario. Grazie a questi studi è stato possibile stimare l'età del sistema in 440 milioni di anni, circa 1/10 dell'età del sistema solare. 

Gli studi più recenti di ALMA hanno ridotto l'estensione della fascia di detriti a circa 13.5 UA (2 miliardi di km), a partire da 136.3 UA dalla stella. La massa contenuta all'interno della fascia è stata stimata in 0.015 masse terrestri. Tali evidenze hanno portato gli astronomi a credere che tale fascia sia plasmata dall'azione gravitazionale di almeno due pianeti, proprio come accade agli anelli di Saturno sotto l'azione di alcune sue lune.

Un'altra grande novità legata a questo studio è stata la possibilità di osservare un fenomeno che fino ad oggi era stato solo predetto: il bagliore dell'apocentro. Seguendo quanto dice il buon Keplero nella sua seconda legge, il materiale contenuto nella fascia di detriti dovrebbe rallentare in direzione dell'apocentro e raggiungere la minore velocità, ammassandosi momentaneamente, in quel punto. Se ciò e vero, e lo è, all'apocentro dovremmo trovare una maggiore concentrazione di materiale che rende questa particolare area più densa e luminosa. Ebbene, grazie a questo bagliore, è stato possibile determinare che l'abbondanza di monossido di carbonio ed anidride carbonica è analoga a quella presente nelle comete del nostro sistema solare.

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TANTA ROCCIA ATTORNO A DUE SOLI

A 1000 anni luce di distanza brilla una coppia di stelle nota come SDSS 1557, composta da una nana bianca ed una nana bruna in orbita al comune centro di massa in appena 2.27 ore. 

Per la prima volta sono stati osservati detriti rocciosi in orbita attorno ad un sistema binario, evidenziati dall'inquinamento dell'atmosfera stellare causato dal materiale roccioso e ricco di metalli in caduta verso la coppia di astri. La situazione permetterebbe di ipotizzare la presenza di uno o più pianeti rocciosi nel sistema.

L'attualmente ipotetico pianeta sarebbe molto simile al celebre Tatooine dell'universo fantascientifico di Guerre Stellari, con un cielo solcato da due soli.

La scoperta è di particolare importanza perchè prima d'ora, attorno ai sistemi stellari binari, erano noti solamente pianeti giganti gassosi e non era mai stata osservata una fascia asteroidale. 

L'analisi spettroscopica del materiale in caduta verso la superficie di una delle stelle ha mostrato la presenza abbondante di metalli, silicio e magnesio: tutti ingredienti indispensabili e necessari per la formazione di pianeti rocciosi di tipo terrestre. Tutto il materiale rilevato equivarrebbe ad un corpo asteroidale di circa 4 km di diametro (100 miliardi di tonnellate di massa).

A causa dell'intensa gravità esercitata dalle due stelle, si riteneva impossibile la formazione di pianeti rocciosi nati dalla progressiva aggregazione di polveri ed asteroidi. Questa scoperta determina un'opportunità unica di monitorare proprio questo controverso passaggio. Altrettanto importante è la posizione in cui si trova il materiale rispetto ai due astri: la distanza è abbastanza elevata da permettere orbite stabili e assai poco perturbate dal sistema binario centrale.

Non è stata ancora osservata la presenza di uno o più pianeti rocciosi nel sistema, ma la disposizione del materiale in una cintura asteroidale attorno ai due soli fa ben sperare.

Per osservare il lontano sistema binario hanno unito le forze il Gemini Observatory South Telescope e il Very Large Telescope, i quali hanno permesso di osservare e determinare la composizione chimica dei detriti. Le prossime osservazioni saranno compito del quanto mai indispensabile e performante Hubble Space Telescope; bisognerà fare presto però perchè entro poche settimane le polveri rocciose e ricche di metalli sprofonderanno all'interno della stella sparendo alla vista per sempre.

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LA NANA BIANCA E LA SUA COMETA

Il telescopio spaziale Hubble, in collaborazione con il telescopio Keck delle Hawaii, ha diretto il suo sguardo verso la nana bianca WD 1425+540 distante 170 anni luce in direzione della costellazione del Boote. 

Attorno alla stella è stata scoperta una cintura di oggetti del tutto simile alla nostra Fascia di Kuiper e si sospetta la presenza di uno o più pianeti rocciosi. 

Ancora più interessante è che per la prima volta si osserva "in diretta" la distruzione e dispersione nell'atmosfera della stella di un oggetto di enormi dimensioni dalla composizione del tutto simile ad una cometa.

Ma come facciamo ad affermare ciò? L'oggetto contiene molta più acqua ed è 100.000 volte più massiccio (0,1% della massa di Plutone) di una cometa periodica media del sistema solare. Ha una composizione chimica analoga a quella della celebre cometa di Halley ed è ricca di azoto, silicio, ferro, idrogeno, ossigeno, zolfo, carbonio, calcio, magnesio e molti altri composti essenziali per la vita.

Tra il 25% ed il 50% delle nane bianche note possiedono un'atmosfera inquinata da materiale roccioso di origine planetaria o asteroidale, ma questa è la prima volta che il materiale ha una natura cometaria.
Di non minore effetto è il pensiero che questo materiale deve essere sopravvissuto alla violenta fase di gigante rossa della stella, precedente al suo lentissimo declino come nana bianca.

L'osservazione della disintegrazione in corso di questo materiale ha fatto ipotizzare la presenza di uno o più pianeti sopravvissuti che hanno perturbato con la loro presenza (o migrazione) la cintura cometaria attorno alla stella. Tale perturbazione avrebbe fatto decadere verso la stella il materiale precedentemente in quiete.

Durante gli accertamenti è stata scoperta una stella compagna della nana bianca, distante 2000 UA, rendendo WD 1425+540 un ampio sistema stellare binario. In seguito a questa scoperta è stata formulata una seconda ipotesi che vede la nuova compagna come responsabile della perturbazione gravitazionale del materiale presente nella cintura.

Nell'analisi del materiale cometario in caduta verso la stella si è visto che la quantità di azoto, importantissimo elemento per la vita come la conosciamo noi e mai visto prima in una situazione analoga, è enorme e presente in concentrazioni mai osservate neanche nel nostro sistema planetario (eccezione fatta per la cometa di Halley).

E' impossibile non fare parallelismi con la nostra Fascia di Kuiper, ricca di potenziali comete spente e quindi di acqua e sostanze prebiotiche. Infatti, molto probabilmente, nel sistema solare di alcuni miliardi di anni fa sono state proprio le comete provenienti da queste aree remote del sistema a portare l'acqua sulla superficie terrestre e non solo.
Il sistema di WD 1425+540 è di estremo interesse per la comprensione di strutture come la Fascia di Kuiper, per lo studio del futuro remoto del sistema solare e per la ricerca dei mattoni della vita attorno ad altre stelle.

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UNA DIRETTA DI OLTRE 120 ANNI FA..

Abbiamo parlato spesso della difficoltà di riprendere immagini dirette dei pianeti orbitanti attorno ad altre stelle (direct imaging), una difficoltà a cui stiamo ponendo rimedio assai rapidamente ed efficientemente.

Il nemico numero uno da eliminare in questa caccia è la differenza di luminosità tra una stella ed il suo pianeta. Il riverbero causato dalla luce di un astro, miliardi di volte più intensa di quella riflessa (o emessa) dai suoi pianeti, tende a cancellare le tracce dei suoi pianeti e a nasconderli alla nostra vista. 

Entra in gioco uno degli strumenti da lavoro più importanti per i cacciatori di esopianeti: il coronografo stellare. Nell'ambito della ricerca e dello studio degli esopianeti, tale strumento è utilizzato per osservare pianeti o per effettuare riprese dei dischi protoplanetari in orbita attorno ad altre stelle.  Viene posto lungo l'asse ottico del telescopio con il preciso scopo di intercettare e bloccare la luce accecante della stella e rivelare gli oggetti deboli presenti nelle sue vicinanze. Banalmente il meccanismo è lo stesso che utilizziamo quando, coprendo il Sole con una mano (e quindi proteggendoci gli occhi dalla luce accecante), seguiamo ad esempio un aereo che passa nelle sue vicinanze.

Oggi esistono moltissimi tipi coronografi stellari, studiati ed attrezzati per restituire un'immagine sempre meno disturbata di ciò che si trova nelle vicinanze della stella.

Fondamentali sono anche le ottiche adattive, ovvero un sistema di adattamento degli specchi dei telescopi che annulla l'effetto turbolento dell'atmosfera attraverso una deformazione uguale e contraria a quella prodotta dalla nostra atmosfera. Risultato: un'immagine di qualità spaziale ripresa però dalla superficie terrestre! 

L'utilizzo combinato di queste tecnologie applicate ai migliori telescopi al mondo e l'osservazione del sistema di HR 8799 in banda infrarossa ha permesso al mondo di godere della danza dei suoi 4 pianeti.

La stella in questione, al limite dell'osservabilità ad occhio nudo, si trova a 129 anni luce nella costellazione di Pegaso ed è una stella leggermente più grande e calda del Sole.

Attorno alla stella è stata confermata la presenza di 4 pianeti (un quinto, intravisto da ALMA, è ancora in attesa di conferme) e di una cintura asteroidale. Dalle prime osservazioni di Hubble del 1998, quasi 20 anni di studi e di riprese hanno permesso agli astronomi di seguire nel tempo le variazioni all'interno del sistema.  

Naturalmente, anche la dimensione e la distanza dei pianeti dalla loro stella conta molto: più i pianeti sono grandi e distanti più è facile per noi immortalarli. Il sistema di HR 8799 è perfetto: i pianeti hanno masse superiori a quelle del nostro Giove e sono tutti a distanze pari a 2-2.5 volte quelle di Saturno, Urano e Nettuno. 

La fascia asteroidale del sistema, posta a circa 75 UA dalla stella, si estende nell'area che nel sistema solare è occupata dal Disco Diffuso, oltre la Fascia di Kuiper.

I 4 pianeti, assieme a Fomalhaut b (o Dagon), sono stati i primi pianeti extrasolari il cui moto orbitale è stato confermato mediante l'utilizzo di fotografie dirette.

TW HYDRAE E LA LANCETTA COSMICA

Se fotografare i pianeti extrasolari è ancora un'arte complicata, la ripresa dei dischi protoplanetari ormai sforna capolavori a ripetizione. Essendo posizionati nelle più disparate posizioni rispetto alla nostra linea di vista, questi giovani dischi di gas e polveri ci mostrano tantissimi scorci di un passato lontanissimo che ha vissuto il nostro stesso sistema solare.

I dischi protoplanetari sono per l'appunto la culla dove nascono le stelle ed i sistemi planetari: strutture rotanti di gas e polveri al cui centro si genera l'astro (...o gli astri) e nella cui area più o meno periferica si addensa il materiale che genererà uno o più pianeti.  Nelle loro fasi iniziali di vita però sono composti da gas e polveri finissime investite dalla luce e dalla radiazione emessa dalla neonata stella posta nel mezzo.

Gli astronomi spesso osservano questi dischi di taglio, ovvero apprezzano lo spessore della struttura e la radiazione emessa dai poli della protostella che però rimane eclissata. Talvolta però il caso vuole che la nostra linea di vista sia perpendicolare alla disposizione del disco e quindi è come se lo stessimo guardando dall'alto. In questo caso, a seconda della tecnica osservativa utilizzata, siamo in grado di apprezzare l'intera struttura del disco e cercarne i particolari al suo interno.

TW Hydrae, a 184 anni luce di distanza ed un'età stimata in appena 8 milioni di anni, rientra in quest'ultima categoria di dischi protoplanetari.

Nel disco attorno a questa stella non sono stati fotografati pianeti, ma con ogni probabilità ce n'è uno ci sta indicando la sua presenza in un modo davvero singolare: attraverso l'ombra che proietta nella porzione di disco alle sue spalle.

In realtà non è il singolo pianeta a proiettare l'ombra! Il movimento di rivoluzione del pianeta all'interno della struttura genera disturbi gravitazionali nel materiale costituente la parte più interna del disco, provocando un disallineamento del disco interno rispetto al disco esterno. E' proprio questo disallineamento a produrre l'ombra osservata.

Ancora più interessante è la modalità con cui gli astronomi si sono accorti di tutto ciò. Il team ha studiato 18 anni di riprese e di dati ottenuti dall'Hubble Space Telescope. Il coronografo (ovvero lo strumento che rimuove l'accecante riverbero stellare) a bordo di Hubble ha permesso di riprendere il disco fino a 1,6 miliardi di km dalla stella, all'incirca la distanza che separa Saturno dal Sole. Montando in sequenza 6 immagini prese in questo lungo lasso di tempo, gli astronomi si sono accorti che l'ombra si spostava progressivamente in senso antiorario.

All'inizio gli astronomi pensavano si trattasse di differenze reali nella composizione del disco, ma col passare del tempo avrebbero dovuto notare una distorsione di tale struttura a causa della velocità minore nelle aree esterne del disco e della velocità maggiore in quelle interne. Ciò che è stato osservato è invece uno spostamento rigido per oltre 10 miliardi di km, il che ha fatto ipotizzare che si trattasse di un qualcosa di interno proiettato sul disco esterno.

Considerando i 66 miliardi di km di diametro del disco di TW Hya, il team ha concluso che l'oggetto proiettante l'ombra risiede all'interno del disco a meno di 1,6 miliardi di km dalla stella (e dunque invisibile ad Hubble o ad altri telescopi attuali).

La correttezza della teoria che contempla due porzioni di disco disallineate è avvalorata da osservazioni condotte in banda submillimetrica da ALMA, che ha messo in luce la deformazione del disco interno. 

Considerando il periodo di 15,9 anni che impiega l'ombra a rivoluzionare attorno alla stella, si pensa che il pianeta sia posto ad una distanza di circa 160 milioni di km dall'astro (una distanza molto simile a quella che separa la Terra dal Sole!) ed abbia una massa pari a 3 volte quella di Giove. Date queste premesse, la gravità esercitata dal pianeta sarebbe perfettamente in grado di produrre il disallineamento del disco interno che è stato osservato.

Le ultimissime osservazioni di ALMA hanno trovato pesanti indizi circa la presenza di un pianeta all'interno del disco di TW Hya: è stato individuato un gap nel disco a 14.5 milioni di km dalla stella. Strutture di questo genere sono l'evidenza della presenza di un pianeta in formazione che sta ripulendo la sua orbita dai gas e dalle polveri primordiali, ma è ancora molto complicato individuarli direttamente mentre percorrono la loro orbita.

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SE PIOVONO ZAFFIRI E RUBINI...

E' il caso di dirlo: questa volta Kepler ha fatto un...ricco bottino!

L'incredibile varietà dei pianeti e dei sistemi planetari che si stanno scoprendo in questi anni lascia veramente stupefatti, al pari dei nuovi studi di frontiera che caratterizzano le atmosfere di questi lontanissimi mondi.

Questa volta Kepler si è concentrato su un pianeta scoperto nel 2008 e distante 1040 anni luce da noi, HAT-P-7b (noto anche come Kepler-2b), l'oggetto della milionesima osservazione scientifica del telescopio spaziale Hubble (2011).

16 volte più grande della Terra e con una massa 500 volte maggiore, HAT-P-7b rientra nella classe dei gioviani caldi, ovvero degli esopianeti giganti gassosi molto vicini alla loro stella. Il pianeta è talmente vicino alla sua stella (0,04 UA) che il suo anno dura appena 2 giorni e 4 ore.

Fin qui nulla di speciale se non fosse per le incredibili condizioni meteorologiche presenti su questo pianeta. 

I nuovi studi hanno messo in evidenza le caratteristiche atmosferiche concentrandosi sulla luce riflessa dall'atmosfera del pianeta e la variazione di posizione del punto più luminoso del pianeta. In termini generali sono stati rilevati venti supersonici di direzione variabile che provocano profondi mutamenti nell'intera atmosfera del gigante gassoso; più in particolare è stata messa in evidenza una potente corrente equatoriale, anch'essa di direzione variabile, in grado di ridistribuire ingenti quantità di nubi nell'intera atmosfera. 

I modelli hanno permesso di stabilire che in pianeti di questo tipo le particelle di perovskite e corindone, il minerale che produce zaffiri e rubini, condenserebbero attorno ai 100mbar nell'emisfero notturno. Tali condensati persisterebbero nell'atmosfera fino al terminatore, prima di evaporare nell'emisfero diurno.

Inoltre la vicinanza alla sua stella, molto più calda del Sole e di dimensioni doppie, vincola HAT-P-7b ad un bloccaggio mareale, ovvero lo costringe a mostrare sempre lo stesso emisfero al suo sole. Tale condizione fa sì che nell'emisfero perennemente diurno vi siano temperature di circa 2580°C, mentre in quello perennemente notturno la temperatura è sensibilmente minore.

Le osservazioni, diversamente da quanto ci si aspettava, hanno mostrato la formazione di enormi sistemi nuvolosi nell'emisfero notturno successivamente trasportati da fortissimi venti verso l'emisfero diurno dove si dissolvono a causa delle altissime temperature.

Si tratta della prima osservazione di cambiamenti climatici in corso su un esopianeta gigante gassoso.

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IMPORTANTI NOVITA' DA TRAPPIST-1

Avevamo già parlato, lo scorso maggio, dell'importante scoperta di TRAPPIST-1. 

Il sistema, che ospita tre pianeti posti nella zona abitabile della loro stella, si trova ad appena 40 anni luce dalla Terra in direzione della costellazione dell'Acquario.

Ora ci sono importanti novità, evidenziate in un articolo pubblicato su Nature il mese scorso.

I due pianeti più interni del sistema sarebbero rocciosi e possiedono atmosfere compatte: una situazione simile a quella presente su Venere e sulla Terra nel nostro sistema solare.

Per raggiungere questo importante risultato però si è resa necessaria una joint venture tra il telescopio TRAPPIST, l'Hubble Space Telescope e lo Spitzer Space Telescope.

Poco dopo l'annuncio della scoperta di TRAPPIST-1, il team autore della scoperta ha richiesto l'utilizzo di Hubble per poter studiare a fondo le atmosfere di due pianeti del sistema (TRAPPIST-1b e TRAPPIST-1c). Secondo i dati precedentemente raccolti da Spitzer, di lì a poco si sarebbe verificato un rarissimo doppio transito: due pianeti del sistema sarebbero transitati contemporaneamente di fronte alla stella fornendo informazioni su entrambe le atmosfere in un unico momento.

Durante il transito (osservato con la WFC3 di Hubble) sono state osservate diminuzioni della luminosità stellare in uno stretto intervallo di lunghezze d'onda, indice di un'atmosfera compatta e non estesa come quella di un gigante gassoso.

L'evidenza di un'atmosfera compatta, simile a quella che circonda Venere, Terra e Marte, ha permesso di convalidare la natura rocciosa dei due pianeti.

Il passo successivo è ora comprendere la struttura e la composizione atmosferica: sarà simile alla densa atmosfera di Venere, satura di anidride carbonica? Simile alla sottile atmosfera terrestre, carica di nuvole di vapore acqueo? O simile alla sottile e rarefatta atmosfera marziana?

Per rispondere a questa fondamentale domanda la comunità astronomica si sta muovendo per
costruire una batteria di quattro nuovi telescopi simili a TRAPPIST, ma di dimensioni maggiori. Il nuovo consorzio SPECULOOS (Search for habitable Planets Eclipsing ULtra-cOOl Stars) si concentrerà in particolare sulle stelle nane ultrafredde, particolarmente interessanti per la ricerca di pianeti e per la loro caratterizzazione. L'interesse per queste stelle nasce dalla loro emissione concentrata principalmente nell'infrarosso (e ridotta nel visibile) che permette di osservare più agevolmente eventuali pianeti in orbita e le relative atmosfere, senza rischiare che l'abbaglio della luce stellare complichi o cancelli del tutto i deboli segnali dei pianeti.

L'autore della scoperta, il telescopio TRAPPIST (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope), nacque per l'osservazione infrarossa del cielo australe e per la caccia alle comete ed ai pianeti extrasolari. La scoperta di TRAPPIST-1 è avvenuta all'interno di un programma dedicato allo studio di un centinaio di stelle nane del cielo australe.

Il fatto che anche la stella TRAPPIST-1 sia una nana rossa ultrafredda ha permesso di condurre osservazioni tanto dettagliate e precise sul suo sistema planetario che il team si aspetta nei prossimi anni grandissimi risultati con l'entrata in funzione del James Webb Space Telescope e dei grandi telescopi di nuova generazione.

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MISURATO PER LA PRIMA VOLTA IL PERIODO DI ROTAZIONE ATTRAVERSO IL DIRECT IMAGING

Anche questa importantissima scoperta è stata possibile grazie al Telescopio Spaziale Hubble, che giorno dopo giorno sta rivoluzionando la nostra conoscenza dell'universo.
Questa volta i suoi sensori hanno puntato un pianeta gigante gassoso già noto da anni agli astronomi, 2M1207b, ma quello che è stato in grado di fare non ha precedenti.

Tramite il metodo del direct imaging, ovvero utilizzando una serie di foto reali dell'esopianeta (e non utilizzando metodi indiretti, da cui si deduce la presenza di un pianeta inosservabile direttamente), gli astronomi hanno calcolato la velocità di rotazione delle nubi dell'esopianeta e non solo.
Il pianeta ha 4 volte la massa di Giove ed orbita a 5 miliardi di km dal suo sole, una nana bruna. Il tutto a 170 anni luce dalla Terra.

L'incredibile stabilità, precisione e contrasto di Hubble hanno permesso non solo di evidenziare le variazioni di luminosità della copertura nuvolosa del pianeta, ma anche di stabilire che le nuvole sono distribuite disomogeneamente e di colori differenti.
Dai dati rilevati, il giovane pianeta gigante ha un periodo di rotazione di 10 ore, analogo a quello di Giove.

Precedenti osservazioni avevano mostrato che la temperatura atmosferica di 2M1207b è abbastanza elevata (2200-2500°C) da far piovere silicati nella parte superiore, che precipiterebbero in particelle fini come quelle del fumo di una sigaretta. Più in profondità pioverebbe addirittura ferro liquido. In alte parole, nell'alta atmosfera pioverebbe vetro mentre in quella bassa ci sarebbero precipitazioni sparse di ferro liquido.

E' proprio questa condizione di pianeta gigante e rovente ad aver permesso la scoperta: infatti questo mondo infernale risulta particolarmente luminoso nell'infrarosso, permettendo un'indagine approfondita dell'atmosfera da parte della Wide Field Camera 3 di Hubble.
Il pianeta conserva tutto questo calore dalla sua formazione, avvenuta appena 10 milioni di anni fa, ma non sarà per sempre così: nei prossimi milioni di anni le contrazioni ed il raffreddamento faranno precipitare verso il centro gli elementi più pesanti liberando nello spazio parte degli elementi leggeri dell'atmosfera.

Osservando il cielo da una sua ipotetica luna rocciosa, il nostro Sole apparirebbe una stellina debole posta a metà strada tra Altair e Procione.

HD 106906b : UN PIANETA QUASI SOLITARIO....

Un team di astronomi ha recentemente osservato in dettaglio i dintorni della stella HD 106906, distante 300 anni luce da noi in direzione della costellazione della Croce del Sud, in seguito ad alcune importanti evidenze emerse dai dati raccolti dall'Hubble Space Telescope e dal Gemini Planet Imager.
L'astro è simile al nostro Sole ma possiede un'età di appena 13 milioni di anni, nulla in confronto ai 4,5 miliardi di anni della nostra stella.
Attorno ad essa orbita il pianeta HD 106906b, un giovane pianeta gigante che possiede una peculiarità molto intrigante: orbita a ben 650 UA dalla sua stella ( 97 miliardi di km! ). Secondo le teorie odierne è estremamente improbabile che un pianeta di tale massa si formi a quella distanza dall'astro e quindi il team ha voluto vederci più chiaro.
Il giovane pianeta ha una massa pari a 11 volte quella del nostro Giove e, come anticipato, orbita ad una distanza pari a 16 volte quella che separa il Sole da Plutone, là dove nel Sistema Solare troviamo solamente TNO: oggetti composti da roccia e ghiaccio con diametri variabili da pochi metri a centinaia di km.
La grande massa, la giovane età e la posizione anomala rispetto alla stella indicherebbero un allontanamento forzato, forse ad opera di una perturbazione gravitazionale, verso le regioni periferiche del sistema. Questa situazione è estremamente importante da studiare perchè potrebbe essere un replay di ciò che successe agli albori del Sistema Solare, quando i planetesimi erano molti di più degli otto che diedero origine ai pianeti che conosciamo oggi. Il sovraffollamento venne risolto durante la fase di riordino delle orbite, quando i planetesimi più grandi circolarizzarono (stabilizzando) le loro orbite espellendo, attraverso giochi di interazione gravitazionale, i corpi minori nello spazio interstellare o spostandoli in altre aree del sistema. Questo è quello che pare stia succedendo a HD 106906b.
Il pianeta possiede una temperatura di 1500°C ( prodotta dal calore residuo della sua formazione), che lo porta ad avere una luminosità pari allo 0,02% di quella solare; tale condizione permette sia la sua ripresa fotografica, sia l'analisi dello spettro della luce emessa direttamente dal pianeta.
Lo studio dell'ambiente che circonda questa stella ha messo in luce un'altra evidenza che concorderebbe con questa teoria: la stella possiede una cintura di comete asimmetrica ed inclinata, frutto di una perturbazione gravitazionale operata dall'interazione tra i pianeti o da fattori esterni come il transito ravvicinato di una stella.
L'analisi dettagliata dell'immagine dell'esopianeta ha mostrato la possibile presenza di un anello di detriti attorno ad HD 106906b, detriti probabilmente strappati alla cintura di comete durante il transito del pianeta allontanato al suo interno.
Ulteriori analisi svolte nel maggio di quest'anno hanno portato alla conferma della presenza di un disco di polveri attorno alla stella, simile alla nostra Fascia di Kuiper, il cui limite interno si trova a 50 UA dalla stella. Prima di essa, tra l'astro ed il limite interno del disco, c'è un'area apparentemente vuota ( non occupata da polveri o detriti) ed estesa circa come l'area occupata da tutti i pianeti del Sistema Solare.
Numerose immagini mostrano un disco più rarefatto ed esteso dal lato del pianeta e più denso e compatto dal lato opposto. L'orbita del pianeta pare inclinata di 21° rispetto al piano orbitale dei pianeti interni, altro indice di un disturbo gravitazionale.

Sono già state pianificate nuove osservazioni che potrebbero caratterizzare HD 106906b come uno dei primi esopianeti con un esteso sistema di anelli.

UN PIANETA COME URANO A 8.800 ANNI LUCE DA NOI

C'è un metodo che ci permette di scoprire pianeti estremamente distanti dal nostro Sole, là dove
neanche il metodo del transito o delle velocità radiali possono arrivare: si tratta del microlensing gravitazionale.
Un evento di microlensing si verifica quando una stella in primo piano si allinea prospetticamente (dunque apparentemente) con una stella posta a grande distanza sullo sfondo del cielo. Per una serie di concause gravitazionali la stella in primo piano si comporta come una lente che amplifica il segnale luminoso in arrivo dalla stella lontana, permettendoci di studiare la stella in primo piano in dettaglio. Se poi la stella vicina possiede alcuni pianeti in orbita, anch'essi contribuiranno in minima parte ad amplificare il segnale della stella distante, rendendosi evidenti durante l'evento.
Un evento di microlensing può durare in media alcune settimane o pochi mesi al massimo, ma il contributo dei pianeti varia da poche ore a pochissimi giorni....quindi bisogna essere pronti ad osservarlo nel momento in cui l'evento si verifica. La difficoltà di osservare questi eventi è la loro imprevedibilità: ad oggi la cartografia stellare della Via Lattea è ancora alquanto imprecisa ed è ancora difficile determinare la posizione esatta ( oltre che il moto proprio) di stelle poste a distanze medie e grandi dal Sole, e di conseguenza prevedere il verificarsi di questi apparenti allineamenti.
Oggi però esistono software che scandagliano instancabili tutto il cielo e comunicano prontamente ai grandi telescopi terrestri e spaziali il verificarsi di tale evento.
In questo caso sono stati addirittura due i telescopi che hanno scoperto indipendentemente il nuovo pianeta attorno alla lontanissima stella: il WM Keck Observatory delle Hawaii ed il Telescopio Spaziale Hubble.

Il sistema, catalogato come OGLE-2005-BLG-169, è stato scoperto nel 2005 da una collaborazione tra il progetto OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment ), MicroFUN (Microlensing Follow-up Network) e MOA ( Microlensig Observations in Astrophysics): tutti progetti che cercano pianeti extrasolari utilizzando il metodo del microlensing gravitazionale. La stella si trova nella costellazione del Sagittario e presenta magnitudine visuale 20,4.

Il risultato dell'osservazione congiunta del Keck e dell'HST ha permesso di scoprire che attorno alla stella in primo piano ( con massa pari al 70% del nostro sole) orbita un pianeta delle dimensioni di Urano, posto su un'orbita larga rispetto all'astro. Il pianeta, catalogato come OGLE-2005-BLG-169b, rivoluziona attorno alla sua stella in 3300 giorni ad una distanza di 2.7 unità astronomiche e presenta una massa pari a 13 volte quella terrestre.

Nonostante HST abbia osservato il sistema 6,5 anni dopo l'evento e la camera NIRC2 del Keck abbia confermato il tutto 8 anni dopo l'evento, le stelle erano ancora talmente vicine da poter essere studiate come allineate (presentando un'unica immagine stellare allungata) e lo studio dell'immagine allungata e della relativa curva di luce ha permesso di ottenere la massa delle due stelle, una stima di quella del pianeta, la separazione orbitale del pianeta dalla stella vicina e la distanza del sistema planetario dal Sole.
Per stelle lontanissime (migliaia-decine di migliaia di anni luce) ed al limite della visibilità dalla Terra il metodo del microlensing rimane attualmente l'unico proficuo per scovare nuovi pianeti e per ottenere importanti informazioni su di essi.

GJ 436b : UN PIANETA CON LA CODA

Osservare il cielo in differenti 'luci', ovvero utilizzando differenti bande dello spettro elettromagnetico, ci permette di vedere ciò che i nostri occhi non sono in grado di mostrarci. Infatti l'occhio umano percepisce solo una piccolissima parte dello spettro elettromagnetico, la luce visibile, tralasciando oltre il 90% delle rimanenti frequenze che spaziano dai raggi gamma alle onde radio. In astronomia, per colmare questa limitazione biologica, sono stati costruiti appositi telescopi che indagano l'universo in quelle particolari frequenze ( radiotelescopi, telescopi ultravioletti ed infrarossi, telescopi gamma e microonde).
Applicando questo principio nella ricerca di pianeti extrasolari si possono osservare proprietà particolari di questi mondi che il semplice transito di fronte alla stella o l'interferenza gravitazionale non mostrerebbero. Una di queste proprietà è la caratterizzazione delle atmosfere planetarie: struttura, emissioni e temperatura.
Rivolgendo l'attenzione di Hubble sulla stella GJ 436, una nana rossa distante 33,5 anni luce da noi, è stata evidenziata una discrepanza tra l'osservazione nel visibile e quella nell'ultravioletto.
Si conosceva già la presenza in questo sistema di un pianeta di taglia nettuniana, denominato GJ 436b, su cui era stata osservata addirittura la presenza di nuvole composte in massima parte da elio. La recente osservazione multibanda ha però aggiunto un nuovo tassello al puzzle: il pianeta si sta comportando come una cometa.
Ciò significa che la sua spessa atmosfera sta evaporando, in questo caso al ritmo di 1000 tonnellate al secondo, lasciando dietro di se un'immensa scia di idrogeno lunga 50 volte il diametro della stella.... proprio come fa una cometa in prossimità del sole.
Il pianeta, estremamente vicino alla sua stella tanto da completare il suo anno in 2 giorni terrestri e mezzo, satura la sua orbita con questa coda di atomi di idrogeno che viene rinforzata ad ogni passaggio.

Parliamo di dimensioni. Durante il suo transito di fronte alla stella il pianeta occulta lo 0,69% della luce stellare, ma la sua scia oltre il 56%!
Soffermiamoci un attimo ora sul tasso di evaporazione dell'atmosfera di questo pianeta: 1000 tonnellate al secondo. Ragionando da terrestri è un numero enorme, ma qui parliamo di un pianeta con una massa paragonabile a quella di Nettuno ( 17 volte la massa della Terra). A questo ritmo il pianeta impiegherebbe 1 miliardo di anni per dimagrire solo dello 0,1%!  Inoltre si crede che il pianeta evaporasse molto di più in passato, quando la sua stella non era ancora una nana rossa, e da allora abbia perso fino al 10% della sua atmosfera ( l'età stimata del pianeta è di almeno 6 miliardi di anni).
Si ipotizza quindi che nel passato di sistemi analoghi tale ritmo di evaporazione fosse più elevato, liberando questi pianeti dalla loro spessa atmosfera e spiegando quindi la presenza di numerosi pianeti rocciosi. E' possibile che una vicenda simile sia accaduta anche alla neonata Terra: la sua densa atmosfera primordiale di idrogeno ed elio sarebbe evaporata analogamente a GJ 436b nell'arco di 100-500 milioni di anni a causa del vento e della radiazione solare.

In conclusione, il team autore della scoperta fa sapere che la tecnica di osservazione nell'ultravioletto utilizzata in questo studio potrebbe essere efficace anche nel rilevare oceani in evaporazione su pianeti rocciosi e miti di tipo terrestre. Le molecole d'acqua evaporate da un oceano potrebbero risalire gli strati atmosferici ed essere spezzate dalla radiazione stellare incidente sul pianeta in ossigeno ed idrogeno; quest'ultimo si disperderebbe come una scia alle spalle del pianeta potendo essere quindi rilevato.

WASP-43b: IL PRIMO STUDIO APPROFONDITO SU UN'ATMOSFERA ALIENA.

Ciò di cui parliamo oggi rappresenta sicuramente un grosso passo avanti nello studio e nella comprensione della struttura e delle caratteristiche dei pianeti extrasolari.
Abbiamo accennato spesso alla difficoltà estrema nel caratterizzare le atmosfere di questi mondi lontani: bisogna infatti catturare la debolissima luce che filtra attraverso la sottile atmosfera di un pianeta in transito di fronte alla sua stella... il tutto a decine o centinaia di anni luce da noi osservatori.
A questo si deve sommare un'analisi spettroscopica di quella debole luce che ci permette di comprendere la composizione e la struttura dell'atmosfera in esame.

Lo studio sul pianeta WASP-43b si è occupato proprio di questo ed ha collezionato risultati senza precedenti.
WASP-43b è un esopianeta distante 260 anni luce nella costellazione del Sestante che, al di là della sua atmosfera, presenta anche altre caratteristiche degne di nota. E' grande come il nostro Giove ( anche se possiede il doppio della sua massa), ma orbita 40 volte più vicino alla sua stella di quanto non faccia Mercurio rispetto al Sole. Proprio questo aspetto lo rende l'esopianeta con l'anno più corto, appena 19 ore!
Appartiene quindi alla categoria dei Gioviani Caldi e, come tutti gli esopianeti prossimi al loro astro, mostra sempre lo stesso emisfero alla sua stella. Quest'ultima caratteristica ha una grossa influenza sul clima del pianeta che presenta un'emisfero perennemente bollente ed uno perennemente glaciale.

Lo studio in questione ha messo in luce che la temperatura dell'atmosfera di WASP-43b decresce lentamente con l'aumentare dell'altitudine ed i due emisferi possiedono temperature marcatamente differenti. I due dati permettono di concludere che sul pianeta non ci sono meccanismi efficienti di rimescolamento delle masse d'aria e quindi della temperatura, che passa dai 1700°C diurni ai 500°C notturni. Questo risultato è stato possibile grazie alla camera WFC3 a bordo di Hubble, che ancora una volta, dopo 22 anni, dimostra il suo incommensurabile valore.
Altro dato interessantissimo è stato il rilevamento di vapore acqueo nell'atmosfera planetaria e la sua distribuzione. Il pianeta è così caldo che tutta l'acqua è in forma di vapore e non condensa in nubi ghiacciate come sul nostro Giove.
La mappatura termica dell'atmosfera di WASP-43b è stata possibile grazie al monitoraggio continuo del pianeta nell'arco di ben 3 anni... ovvero 4 giorni terrestri!

GJ 1214b e GJ 436b : PROSSIMAMENTE MOLTO NUVOLOSO.

Per la prima volta gli astronomi hanno raggiunto la precisione strumentale necessaria per poter indagare la presenza o meno di nubi all'interno di un'atmosfera di un esopianeta. Fino ad oggi la presenza di nubi era solamente frutto della predizione di alcuni modelli teorici o deduzione a seguito di particolari condizioni chimicofisiche messe in evidenza dall'analisi spettrale dell'esoatmosfera.

L'atmosfera appartiene ad un pianeta già conosciuto dagli scienziati in quanto soggetto di numerosissimi altri studi ed è noto col nome di GJ 1214 b. Scoperto nel dicembre 2009, si tratta di una superterra, ovvero un pianeta che possiede una massa intermedia tra quella della Terra e quella di Nettuno.
Anche in questo blog avevamo già parlato di GJ 1214 b anche se il margine di incertezza degli risultati degli studi sulla sua atmosfera divideva gli astronomi tra due interpretazioni dei dati disponibili. La prima propendeva per un'atmosfera sgombra da nubi e composta principalmente da vapore acqueo (o altre molecole pesanti), la seconda invece raccontava di uno spesso strato di nubi posto ad alta quota (che non permetteva di indagare cosa si trovasse al di sotto di esse).

Ebbene un team di astronomi ha ora evidenziato con certezza la presenza di nubi nell'atmosfera del pianeta, utilizzando i dati raccolti dal Hubble Space Telescope.

Il famigerato telescopio ha osservato la luce di GJ 1214 filtrata dall'atmosfera del pianeta per ben 96 ore, spalmate in 11 mesi, collezionando un nuovo record: si tratta del tempo-telescopio più lungo dedicato da Hubble allo studio di un singolo esopianeta.

E' interessantissimo notare come il pianeta in esame sia tra i più vicini al nostro Sole, da cui dista solamente 42 anni luce, in direzione della costellazione di Ofiuco. Si tratta inoltre della superterra più facilmente osservabile da nostro pianeta grazie alla taglia media della sua stella e alla sua vicinanza al nostro pianeta. Il suo anno dura solamente 38 ore, permettendo agli studiosi potenziali analisi continue della sua atmosfera svolte con cadenza molto ravvicinata.

Un ulteriore team di astronomi ha rilevato con estrema accuratezza lo spettro nel vicino infrarosso di GJ 1214 b evidenziando il segnale inequivocabile della presenza di spesse nubi, che infatti nascondono molto bene qualunque segnale proveniente da quote minori o dalla superficie.

Lo stesso studio ha permesso di confermare la presenza di nubi anche su GJ 436 b, un pianeta nettuniano posto a 33,5 anni luce dal Sole (nella costellazione del Leone) ed orbitante attorno ad una nana rossa, al pari di GJ 1214 b. GJ 436 b possiede un anno che dura appena 2 giorni e 15 ore terrestri, utile per compiere studi approfonditi per la caratterizzazione della sua atmosfera.

Questo studio ha spinto le capacità strumentali di Hubble al limite, ma si attendono ulteriori e più approfonditi studi effettuati dal James Webb Space Telescope entro il 2020.


Approfondimenti:

http://www.nasa.gov/press/2013/december/nasas-hubble-sees-cloudy-super-worlds-with-chance-for-more-clouds/
http://www.nature.com/nature/journal/v505/n7481/full/505031a.html
http://www.nature.com/nature/journal/v505/n7481/full/nature12887.html
http://www.nature.com/nature/journal/v505/n7481/full/nature12888.html
http://arxiv.org/abs/1401.0022