Speciale pianeti extrasolari

Un Urano extrasolare – Il WM Keck Observatory alle Hawaii e il Telescopio Spaziale Hubble della NASA hanno ottenuto conferme indipendenti della scoperta di un pianeta extrasolare gigante su un’orbita lontana dalla sua stella ospite. Il pianeta è stato scoperto attraverso una tecnica chiamata microlensing gravitazionale. Questa scoperta apre nuove frontiere nella caccia ai pianeti extrasolari giganti, come Giove e Saturno nel Sistema Solare. I risultati di Hubble e Keck sono stati pubblicati in due articoli apparsi sull’edizione del 30 luglio della rivista The Astrophysical Journal. La grande maggioranza dei pianeti extrasolari scoperti finora sono molto vicini alla loro stella, perché gran parte delle tecniche di scoperta attuali favoriscono l’osservazione di segnali provenienti da pianeti con orbite brevi. Ma questo non è vero se si utilizza la tecnica microlensing, che permette di scoprire pianeti più distanti e freddi, su orbite di lungo periodo. Il microlensing gravitazionale si verifica quando una stella prospetticamente in primo piano amplifica la luce di una stella che si trova momenaneamente sullo sfondo. Se la stella in primo piano ospita un sistema planetario, anche i pianeti possono contribuire ad amplificare la luce della stella di sfondo, ma lo faranno per un tempo molto più breve rispetto alla loro stella ospite.  La durata di un intero evento di microlensing è di diversi mesi, mentre la variazione di luminosità dovuta ad un pianeta dura da alcune ore fino a un paio di giorni. Informazioni precise sui tempi di arrivo del segnale e sull’entità di amplificazione della luce possono fornire indizi sulla natura della stella in primo piano e sui suoi pianeti. «Il microlensing è attualmente l’unico metodo per poter rilevare i pianeti vicini al loro luogo di nascita», ha dichiarato Jean-Philippe Beaulieu dell’Institut d’Astrophysique di Parigi. «Infatti i pianeti si formano solitamente a una certa distanza dalla stella centrale, dove l’ambiente è sufficientemente freddo da permettere ai composti volatili di condensare in grani di ghiaccio solidi. Questi grani potranno poi aggregarsi e finiranno per evolvere in pianeti». Il sistema catalogato come OGLE-2005-BLG-169 è stato scoperto nel 2005 dalla collaborazione tra l’Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE), il Microlensing Follow-Up Network (MicroFUN), e alcuni membri del Microlensing Observations in Astrophysics (MOA), tutti gruppi che cercano pianeti extrasolari attraverso la tecnica del microlensing gravitazionale. Senza poter identificare e caratterizzare la stella in primo piano, tuttavia, gli astronomi hanno avuto difficoltà nel determinare le proprietà fisiche del pianeta. Utilizzando il telescopio Hubble e l’Osservatorio Keck, due team di astronomi hanno scoperto che il sistema è costituito da un pianeta delle dimensioni di Urano in orbita a circa 600 milioni di km dalla sua stella madre, un po’ meno rispetto alla distanza media tra Giove e il Sole. La stella ospite, però, è circa il 70% più massiccia del nostro Sole. «Questi allineamenti sono rari, si verificano solo una volta ogni milione anni per un determinato pianeta, così abbiamo pensato che sarebbe stata necessaria un’attesa molto lunga prima che il segnale microlensing planetario potesse essere confermato», ha spiegato David Bennett, a capo del team che ha analizzato i dati di Hubble. «Fortunatamente, il segnale planetario ci permette di prevedere quanto tempo occorre affinché le posizioni apparenti della stella di fondo e di quella in primo piano si separino tra loro, e le nostre osservazioni hanno confermato questa previsione. I dati del Keck e di Hubble, quindi, ci hanno fornito la prima conferma osservativa di un segnale di microlensing planetario». In realtà, il microlensing è uno strumento così potente da essere in grado di scoprire pianeti la cui stella ospite non può essere osservata dalla maggior parte dei telescopi a nostra disposizione. «È notevole pensare che siamo in grado di individuare pianeti in orbita attorno a stelle invisibili, e sarebbe molto interessante saperne qualcosa di più circa le stelle attorno a cui orbitano questi pianeti», ha spiegato Virginie Batista, che ha coordinato l’analisi dei dati provenienti dal Keck. «I telescopi Keck e Hubble ci permettono di individuare queste deboli stelle che ospitano sistemi planetari e di determinare le loro proprietà». I pianeti sono piccoli e deboli rispetto ai loro stella, per questo sono pochi quelli che siamo riusciti ad osservare direttamente al fuori del nostro sistema solare. Gli astronomi spesso si basano su due tecniche indirette per la ricerca di pianeti extrasolari. Il primo metodo rileva i pianeti sfruttando i deboli effetti gravitazionali che questi esercitano sulla loro stella ospite. Una seconda tecnica si basa sulla ricerca di piccoli avvallamenti nella quantità di luce proveniente da una stella dovuti al passaggio del pianeta davanti al disco stellare. Entrambe queste tecniche funzionano meglio quando i pianeti sono o estremamente massicci o quando hanno orbite molto vicine alle loro stelle madri. In questi casi, gli astronomi possono determinare in modo piuttosto affidabile i loro periodi orbitali, che vanno da ore a giorni, fino a un paio d’anni. Ma per comprendere appieno la struttura dei sistemi planetari distanti, gli astronomi devono poter mappare l’intera distribuzione di pianeti intorno ad una stella. Gli astronomi, quindi, hanno bisogno di poter osservare oggetti a grandi distanze dalla, circa alla distanza di Giove dal nostro Sole, e anche più lontano. «È importante capire quanto questi sistemi planetari siano differenti dal nostro sistema solare», ha detto Jay Anderson, dello Space Telescope Science Institute di Baltimora. «Quindi abbiamo bisogno di un censimento il più possibile completo di questi pianeti extrasolari. La tecnica del microlensing gravitazionale è fondamentale per migliorare le nostre conoscenze in materia di modelli di formazione planetaria». Il pianeta del sistema OGLE potrebbe rappresentare un esempio di pianeta “quasi gioviano“, un oggetto che comincia a formare un nucleo simile a quello di Giove, con roccia e ghiaccio e con una massa circa 10 volte quella terrestre, ma poi non riesce a crescere abbastanza velocemente per raccogliere sufficienti quantità di idrogeno ed elio. Così finisce per avere una massa oltre 20 volte inferiore a quella di Giove. «Si stima che i pianeti quasi gioviani come OGLE-2005-BLG-169Lb siano più comuni di quanto non lo sia Giove, soprattutto attorno a stelle meno massicce del Sole. Quindi questo tipo di pianeta dovrebbe essere molto comune», ha spiegato Bennett. I dati iniziali di microlensing relativi a OGLE-2005-BLG-169 avevano indicato un sistema composto da una stella in primo piano, una sullo sfondo, più un pianeta. Ma a causa degli effetti di sfocatura dovuti alla turbolenza della nostra atmosfera, un certo numero di stelle separate tra loro possono trovarsi ad essere sovrapposte l’una all’altra, specialmente in campi affollati come in direzione del centro della galassia. «Il telescopio Hubble e il Keck sono strutture uniche, che forniscono osservazioni con risoluzioni angolari molto alte, che ci permettono di caratterizzare questi pianeti freddi in orbita attorno a stelle molto distanti», ha detto Beaulieu. Le immagini estremamente nitide di Hubble e Keck hanno infatti permesso ai ricercatori di risolvere separatamente la stella di fondo dalle stelle vicine, nel campo molto affollato in direzione del centro della nostra galassia. Anche se le immagini raccolte da Hubble risalgono a 6.5 anni dopo l’evento di lensing, le due stelle si trovavano ancora così vicine, che le loro immagini si fondevano in quella che sembrava un’unica stella allungata. A partire dall’immagine allungata gli astronomi sono stati in grado di misurare le luminosità individuali delle due stelle. Combinando queste informazioni con la curva di luce di microlensing, la luminosità della stella in primo piano rivela le masse e la separazione orbitale del pianeta e la sua stella ospite, così come la distanza del sistema planetario dalla Terra. In questo caso le due stelle sono state osservate con diversi filtri di colore dell’Hubble Wide Field Camera 3 (WFC3), permettendo di ottenere conferme indipendenti delle misure di massa e di distanza. I dati raccolti più di otto anni dopo l’evento di microlensing con la Near Infrared Camera 2 (NIRC2) del Keck 2 hanno fornito una misura precisa del moto relativo tra la stella in primo piano e quella di sfondo. «È la prima volta che siamo in grado di risolvere completamente le due stelle dopo un evento di microlensing. Questo ci ha permesso di discriminare tra due modelli che prevedono la forma attesa per la curva di luce di microlensing», ha spiegato Batista. I dati ottenuti dai telescopi Hubble e Keck stanno fornendo prove a sostegno del metodo di ricerca di pianeti extrasolari che verrà applicato nel progetto spaziale della NASA Wide-Field Infrared Survey Telescope (WFIRST). WFIRST sfrutterà una nitidezza di immagini paragonabile a quella di Hubble per effettuare ricerca di pianeti extrasolari con la tecnica del microlensing. Il telescopio spaziale sarà in grado di osservare stelle in primo piano che ospitano pianeti anche durante l’avvicinamento prospettico alla stella di sfondo, e subito dopo l’evento di microlensing. «WFIRST otterrà misure simili a quelle di OGLE-2005-BLG-169, e lo farà per tutti gli eventi di microlensing planetari osservabili. Grazie a WFIRST conosceremo le masse e distanze per migliaia di esopianeti», ha concluso Bennett. (Elisa Nichelli – Inaf).

Non basta dire “simil Terra” per dimensione – I recenti risultati di Kepler ci hanno detto che è possibile trovare pianeti extrasolari di dimensioni simili alla Terra nella zona abitabile della loro stella madre. Molto più difficile è, però, determinare la massa di questi pianeti e probabilmente lo si potrà ottenere solo con le misure delle velocità radiali. Il segnale che proviene dalle stelle è infatti perturbato dall’attività stellare, dove fattori come la granulosità, le pulsazioni, moti convettivi e regioni attive producono variazioni sulle velocità radiali almeno 10 volte maggiori che l’effetto gravitazionale del pianeta. Quindi prima di poter caratterizzare un gemello della Terra bisogna capire profondamente come l’attività stellare influisca sulle velocità radiali. Per questo bisognerebbe osservare una stella continuamente per diversi anni con uno strumento preciso come Harps-N e un riferimento stabile come l’Astro Comb (entrambi installati al TNG). Non potendo studiare di notte esclusivamente una stella, non resta che osservare le stelle di giorno a partire dal Sole. L’intuizione è venuta a David Phillips e a Xavier Dumusque che con il loro gruppo del Centro per l’Astrofisica Harvard –Smithsonian, in collaborazione con l’Osservatorio di Ginevra e la Fundacion Galileo Galilei – INAF hanno cominciato un esperimento innovativo al Telescopio Nazionale Galileo. Le simulazioni fatte dimostrano che osservare il Sole per almeno due ore al giorno per due anni con Harps-N e l’Astro Comb permetterebbe di determinare l’effetto gravitazionale di Venere sul Sole. Questa misura sarebbe la prova definitiva che osservare un pianeta simile alla Terra nel prossimo futuro è veramente possibile, potendolo identificare effettivamente come tale. I risultati sperati sono duplici: da una parte osservare il Sole come se fosse una stella lontana e misurarne le variazioni in velocità radiale confrontando i dati con gli attuali satelliti in orbita attorno al Sole come SOHO, SDO, SOURCE, così da capire e caratterizzare ogni sorgente di variazione della velocità radiale, così da usare le indicazioni ottenute per le osservazioni di altre stelle; dall’altra dimostrare che Harps-N e l’Astro Comb al TNG hanno precisione e stabilità fondamentali per misurare velocità radiali inferiori ai 10cm/s, capaci quindi di caratterizzare la presenza di pianeti extrasolari gemelli alla Terra, cioè simili in massa e in dimensioni e orbitanti nella cosiddetta zona abitabile. Redazione Media Inaf

Roccioso e a soli 23 anni luce – Nei cieli dell’emisfero boreale, visibile per tutto l’autunno alle nostre latitudini, splende la costellazione di Cassiopea. Molto ben riconoscibile dalle sue stelle cinque stelle brillanti che compongono una doppia V (W), questa regione del cielo ospita anche una stella meno appariscente, ma comunque visibile anche ad occhio nudo sotto cieli bui e sereni. Il suo nome, poco accattivante, ma che ricorderemo a lungo è HD 219134. A prima vista indistinguibile da migliaia di altre, questa stella nascondeva un segreto che è stato appena svelato da un team internazionale che comprende anche molti ricercatori dell’INAF e dell’Università di Padova: un pianeta roccioso transitante, che eclissa ad intervalli regolari il disco della propria stella madre. Il suo anno, ovvero il periodo orbitale, dura appena tre giorni, il che rende la sua temperatura incandescente. Non è esattamente un gemello della Terra in senso stretto quindi, ma comunque un oggetto raro e prezioso per gli astronomi: ospitato da una stella brillante (di quinta magnitudine) e a soli 21 anni-luce da noi. «E’ il pianeta roccioso confermato più vicino a noi, il che spalanca prospettive emozionanti per studiarne l’atmosfera in un prossimo futuro» spiega Giusi Micela, direttore dell’Osservatorio Astronomico di Palermo dell’INAF e membro del team che ha portato a questo risultato, ora in via di pubblicazione della rivista Astronomy & Astrophysics a primo nome di Ati Motalebi, ricercatrice dell’Osservatorio di Ginevra, che ha coordinato per questa ricerca il consorzio internazionale. La stella è una cosiddetta nana di tipo K, ovvero simile al nostro Sole ma leggermente più fredda e più piccola. Ma è vicinissima a noi. «Il pianeta è stato scoperto con il nostro Telescopio Nazionale Galileo» dichiara Emilio Molinari, direttore del TNG, «nell’ambito di un programma di ricerca di pianeti rocciosi, simili alla Terra, condotto con il miglior cacciatore di pianeti attualmente disponibile a Terra, HARPS-N, montato appunto sul nostro telescopio italiano. Questo risultato è di grande soddisfazione e per noi e per tutto l’INAF, che ha scelto di investire risorse in uno strumento all’avanguardia nella ricerca di pianeti extrasolari». Il nuovo mondo, chiamato HD 219134b, è stato infatti scoperto grazie ad HARPS-N, il “cacciatore di pianeti”, uno strumento spettroscopico montato sul TNG nell’isola di La Palma alle Canarie. HARPS-N è stato sviluppato e installato da una vasta collaborazione internazionale che include partner italiani assieme all’osservatorio di Ginevra, un consorzio di Università Inglesi e al Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (USA). Questo strumento è in grado di misurare la velocità radiale della stella ospitante con una precisione che non ha rivali in tutto l’emisfero boreale, ed è ciò che ha permesso di individuare il pianeta grazie al minuscolo “dondolio” che la sua presenza induce gravitazionalmente sulla stella. Tale misura consente di ricavare la massa del pianeta, che in questo caso è di quattro volte e mezza quella terrestre. E’ un pianeta un po’ più grande della Terra, ma molto più piccolo di Urano e Nettuno. Gli astronomi chiamano questi pianeti, non presenti nel nostro Sistema Solare “superterre”. HARPS-N ci da indicazioni sulla massa del pianeta, ma il team di ricercatori responsabile della ricerca non si è accontentato. Ha voluto cercare anche il segnale (raro) del passaggio “transito” del pianeta di fronte alla sua stella ospite. Perché sapevano che solo in quel modo potevano misurare il raggio del pianeta, quindi il suo volume. Noto volume e massa si ha la densità, quindi si può stabilire se il pianeta è roccioso come la Terra, o gassoso come Giove. Questa ricerca ha richiesto la potenza di fuoco di un altro strumento senza rivali nel suo campo: il telescopio spaziale Spitzer, operato dalla NASA, che lavora nelle lunghezze d’onda infrarosse al di fuori delle sorgenti di disturbo presenti nella nostra atmosfera. Fortuna audace iuvat. Misurando la luminosità di HD 219134 durante la finestra temporale predetta, Spitzer ha misurato in effetti una minuscola diminuzione di luce, della durata di poche ore: il transito di HD 219134b. Dall’entità di questa diminuzione si è stabilito che il raggio del pianeta è appena 1.6 volte il raggio terrestre, il che combinato con la massa misurata da HARPS-N, porta a una densità di circa 6 g/cm³. Un valore molto simile alla Terra, il che conferma HD 219134b a pieno titolo come una superterra, eccitando la fantasia di tutti noi. Le sorprese non si sono fermate ad HD 219134b, che si è rivelato essere solo il membro più interno di un sistema planetario composto di ben altri tre pianeti, scoperti tramite un’analisi approfondita delle velocità radiali di HARPS-N. Questi pianeti sono rispettivamente un’altra superterra di 2.7 masse terresti su un’orbita di 6.8 giorni di periodo, un pianeta nettuniano di 9 masse terrestri e 47 giorni di periodo, e infine un pianeta gigante (62 masse terrestri, circa due terzi del nostro Saturno) molto più distante, con ben tre anni di periodo. «La struttura compatta del sistema planetario interno attorno a HD219134 conferma i risultati ottenuti su altri sistemi planetari,  ma questa volta scoperto alle porte del nostro Sistema Solare» commenta Alessandro Sozzetti dell’INAF-Osservatorio Astrofisico di Torino. «E’ un risultato senza precedenti. E’ il pianeta più vicino a noi roccioso, con caratteristiche molto simili a quelli della Terra. Appena abbiamo avuto la conferma della scoperta ho pensato: ecco, abbiamo la sceneggiatura perfetta per il prossimo film di Spielberg» dice Giampaolo Piotto, dell’Università di Padova, membro del team che ha portato a questa scoperta, che aggiunge  «E’ un pianeta incandescente, non ospitale alla vita, ma quello che è più importante è che è ormai chiaro che ci stiamo avvicinando sempre più alla individuazione di un pianeta analogo alla Terra. Non ci siamo ancora, ma con ESA stiamo costruendo un satellite (PLATO) che sicuramente raggiungerà lo scopo. Ci vorranno ancora dieci anni, ma alla fine siamo certi troveremo un’altra Terra, probabilmente vicina a noi…» Redazione Media Inaf

 

Advertisements

Rispondi

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione / Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione / Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione / Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione / Modifica )

Connessione a %s...

%d blogger hanno fatto clic su Mi Piace per questo: