Pianeti nettuniani oltre il limite della neve

“Infiniti soli, infiniti mondi…” presagiva Giordano Bruno più di quattro secoli fa. Oggi ci chiediamo come siano fatti, tali infiniti mondi, che abbiamo effettivamente cominciato a enumerare al di fuori del Sistema solare. Un nuovo studio statistico degli esopianeti trovati attraverso una tecnica chiamata delle microlenti gravitazionalisuggerisce che pianeti con una massa simile a quella di Nettuno sono probabilmente il tipo più comune nella fascia più esterna e ghiacciata dei sistemi planetari. Lo studio, recentemente pubblicato su Astrophysical Journal, fornisce la prima indicazione del tipo di pianeti che gli scienziati si aspettano di trovare oltre la linea di neve (snow line, frost line), quella zona più distante dalla stella ospite in cui l’acqua è rimasta allo stato solido durante la formazione planetaria. Una condizione che, aumentando il materiale a disposizione, dovrebbe avere reso più efficiente il meccanismo di formazione di questi corpi celesti. Nel Sistema solare, si ritiene che la linea di neve fosse localizzata a circa 2.7 volte la distanza Terra-Sole, dove oggi si trova la fascia principale degli asteroidi tra Marte e Giove. Contrariamente ad alcune predizioni teoriche, il nuovo studio ha rilevato che i pianeti di massa nettuniana, pari a circa 17 volte quella terrestre, risultano circa 10 volte più comuni dei pianeti di massa gioviana, oltre 300 volte più massicci della Terra, a distanze orbitali paragonabili a quelle di Giove. Le cosiddette microlenti gravitazionali sfruttano gli effetti di curvatura della luce indotta da oggetti massicci, effetti previsti dalla teoria della relatività generale di Einstein. Tale “piegatura” si verifica quando una stella in primo piano, che funge da “lente”, si allinea in modo casuale, secondo il punto di vista dalla Terra, con una stella più distante. Mano a mano che la stella “lente” percorre la sua orbita intorno alla galassia, l’allineamento si sposta nel corso di giorni o settimane, cambiando la luminosità apparente della sorgente. L’analisi precisa di questi cambiamenti fornisce agli astronomi indizi circa la natura della stella “lente”, compresi eventuali pianeti che potrebbe ospitare. Tra il 2007 e il 2012 la collaborazione nippo-neozelandese Microlensing Observations in Astrophysics (MOA) ha analizzato quasi 1500 eventi di microlente gravitazionale, trovando 22 pianeti, di cui 4 mai rilevati in precedenza. Unendo questi dati con quelli rilevati da studi simili, i ricercatori hanno determinato che per una tipica stella dotata di Sistema planetario, con un massa attorno al 60 per cento di quella del Sole, il pianeta “modello”che risulta dalle microlenti gravitazionali possiede una massa tra 10 e 40 volte quella della Terra. Finora, con le microlenti gravitazionali sono stati scoperti una cinquantina di esopianeti, molti meno rispetto alle migliaia rilevati con altre tecniche, come il transito o le velocità radiali. Poiché gli allineamenti tra stelle sono rari e si verificano in modo casuale, gli astronomi devono osservare milioni di stelle per cogliere i cambiamenti di luminosità che segnalano un evento di microlente gravitazionale. Tuttavia, sottilineano i ricercatori, il metodo delle microlenti detiene un grande potenziale, permettendo di rilevare pianeti centinaia di volte più lontani rispetto ad altri metodi. Inoltre, questa tecnica è in grado di individuare pianeti extrasolari di massa relativamente piccola anche a grandi distanze dalla loro stella ospite, ed è anche abbastanza sensibile da poter trovare pianeti “solitari”, fluttuanti liberamente in mezzo alla galassia senza essere associati a una stella.
di Stefano Parisini (INAF)

Mondi alla fine del mondo

Chadwick Trujillo della Northern Arizona University e Scott Sheppard del Carnegie Institution for Science di Washington, i primi ad avanzare nel 2014 l’ipotesi dell’esistenza di un nono pianeta nel Sistema solare, durante la loro caccia al cosiddetto Planet Nine (Pianeta 9) hanno osservato nuovi corpi celesti finora sconosciuti a grandissima distanza dal Sole. I ricercatori hanno inviato i riferimenti delle loro scoperte al Minor Planet Centerdell’Unione Astronomica Internazionale per una designazione ufficiale, mentre un articolo scientifico in merito è in via di pubblicazione su The Astronomical Journal. Maggiore è il numero di oggetti rintracciati a distanze estreme, più alte divengono le possibilità di vincolare la posizione dell’ineffabile nono pianeta. La posizione precisa e le orbite di piccoli corpi celesti, i cosiddetti oggetti transnettuniani estremi, può aiutare a restringere il campo delle dimensioni e della distanza dal Sole del finora ipotetico nuovo inquilino del Sistema solare. Questo perché la gravità del pianeta influenza i movimenti di questi oggetti più piccoli, che si trovano tutti – come suggerisce il nome – molto al di là dell’orbita di Nettuno. Nel 2014, Sheppard e Trujillo annunciarono la scoperta dell’oggetto transnettuniano 2012 VP113(soprannominato “Biden”), che tracciava la più lontana orbita all’epoca conosciuta nel Sistema solare. Nella stessa occasione, i due ricercatori notarono che tutti i pochi oggetti transnettuniani estremi noti si trovano su orbite tra di loro simili. Questo li indusse a prevedere l’esistenza di un pianeta “perturbante” a più di 200 volte la distanza Terra-Sole: il Pianeta 9, appunto, o anche Pianeta X, viste le incognite sulla sua reale esistenza. Successive ricerche hanno mostrato che questo massiccio nono pianeta ha buone probabilità di esistere, vincolando ulteriori proprietà. Sarebbe fino a 15 volte più massiccio rispetto alla Terra, e il punto più vicino a noi della sua orbita estremamente allungata si troverebbe almeno 200 volte più lontano dal Sole di quanto lo sia la Terra. Detta in altri termini, quando Planet Nine è molto vicino, nel caso che esista veramente, si trova comunque 5 volte più lontano di Plutone. Sheppard e Trujillo, assieme a David Tholen della University of Hawaii, stanno conducendo l’indagine più estesa e approfondita per scoprire oggetti al di là di Nettuno e della Fascia di Kuiper. Finora hanno coperto quasi il 10 per cento del cielo, utilizzando alcune dei telescopi più grandi e avanzati al mondo, come lo statunitense Victor Blanco di 4 metri in Cile e il giapponese Subaru da 8 metri alle Hawaii. «Gli oggetti che si trovano ben di là di Nettuno detengono la chiave per risalire alle origini del nostro Sistema solare e della sua evoluzione», ha spiegato Sheppard. «Anche se riteniamo che ci siano migliaia di questi piccoli corpi, non ne abbiamo ancora trovati molti, perché sono lontanissimi. Questi corpi minori possono portarci a un pianeta ben più grande che crediamo si nasconda là fuori. Più ne scopriamo, meglio saremo in grado di comprendere come funziona il Sistema solare esterno». La lista dei nuovi oggetti trovati comprende 2014 SR349, che possiede caratteristiche orbitali simili a quella degli altri transnettuniani estremi noti. La sua distanza dal Sole varia tra una cinquantina e 240 unità astronomiche. Un altro dei nuovi corpi, 2013 FT28, presenta parametri orbitali per molti aspetti simili alla popolazione già conosciuta; tuttavia, uno dei sei parametri che definiscono la sua traiettoria – un angolo definito come longitudine del nodo ascendente – differisce in maniera non trascurabile rispetto a quella degli altri oggetti. Il terzo di questi “piccoli mondi antichi”, 2014 FE72, si distingue dagli altri in quanto è il primo oggetto della Nube di Oort interna la cui orbita risieda interamente al di fuori di quella di Nettuno. Tale orbita conduce l’oggetto talmente lontano dal Sole – qualcosa come 3 mila volte più lontano di quanto lo sia la Terra – da far supporre agli astronomi che la sua evoluzione orbitale possa essere stata influenzata da altri centri di gravità oltre il Sole, come altre stelle o i moti galattici. Si tratta del primo oggetto di questo genere, dicono i ricercatori, osservato a una tale distanza nel Sistema solare.
di Stefano Parisini (INAF)

Oceani ovunque, persino su Plutone

Un oceano sotterraneo, ormai, non si nega più a nessuno. Persino là dalle parti della fascia di Kuiper. L’ultimo in ordine di apparizione si troverebbe – forse ancora oggi allo stato liquido – nel sottosuolo di Plutone. Già, quello stesso Plutone che, da quando gli è stato sottratto il titolo di pianeta, sta perfidamente facendo sfoggio d’una varietà geologica che mondi assai più blasonati si sognano. A rivelarne gli indizi, i dati inviati a Terra dalla sonda New Horizons della NASA. Dati dai quali emergono segni inequivocabili di attività geologica. In particolare, sottolinea ora uno studio in uscita su Geophysical Research Letters, attività tettonica, difficilmente spiegabile in altro modo.
«Quelle mostrate da New Horizons sono caratteristiche tettoniche estensionali, segno dunque che Plutone ha attraversato un periodo di espansione globale», spiega il primo autore dello studio, Noah Hammond, graduate student alla Brown University, negli Stati Uniti. «Un tipo d’espansione che potrebbe essere spiegato dalla presenza di un oceano sotterraneo che si stava lentamente ghiacciando».
Insomma, che l’oceano ci fosse è molto probabile, vista l’assenza di altre spiegazioni per i movimenti tettonici. Ma la domanda cruciale è: c’è ancora? Ed è su questo, sulla possibilità che sia tutt’ora lì sotto allo stato liquido, che si concentra lo studio di Hammond e colleghi. L’argomentazione che li porta a essere ottimisti – e a concludere che sì, ci sono buone probabilità che sia in parte ancora lì – si basa principalmente su un modello d’evoluzione termica. Modello che tenta di ricostruire i possibili movimenti di contrazione ed espansione del volume del pianeta nano indotti dai cambiamenti di fase del ghiaccio. Se l’oceano sotterraneo di Plutone si fosse congelato per sempre milioni – se non addirittura miliardi – di anni fa, ragionano gli scienziati, il volume dell’intero pianeta si sarebbe dovuto contrarre. Una contrazione globale della quale, però, la superficie di Plutone non mostra alcun segno, anzi: i dati di New Horizons suggeriscono, piuttosto, che si stia espandendo.
Un ragionamento che potrebbe suonare strano, questo della contrazione legata al ghiaccio: non dovrebbe avvenire il contrario, e cioè che quando l’acqua si congela il volume aumenta? Il segreto sta nel tipo di ghiaccio e nel tempo trascorso. Non tutto il ghiaccio è uguale: in presenza di temperature basse e pressione elevata, come all’interno di Plutone, un oceano che si fosse completamente ghiacciato si sarebbe dovuto trasformare rapidamente dal ghiaccio normale che tutti conosciamo a una forma particolare nota come ghiaccio II. Un ghiaccio dalla struttura cristallina più compatta, circa il 25 percento più densa, rispetto a quella del ghiaccio standard: ecco dunque che un oceano di ghiaccio normale, trasformandosi in un oceano di ghiaccio II, sarebbe venuto a occupare un volume più ridotto, producendo così quella contrazione globale della quale Plutone sembra non mostrare traccia.
Viceversa, se l’oceano si stesse ghiacciando solo ora (tenuto caldo, si suppone, da elementi radioattivi nel cuore del pianeta), trasformandosi dunque da acqua allo stato liquido a normale ghiaccio, come quando mettiamo una bottiglia in freezer, in questo caso sì che dovremmo assistere a un’espansione, come in effetti sembrano suggerire le caratteristiche geologiche della superficie di Plutone.
Intanto, per un oceano remoto che si aggiunge alla lista di quelli possibili, un altro non solo riceve una conferma ma “sale” anche un poco verso la superficie. È di qualche giorno fa, infatti, uno studio – sempre su Geophysical Research Letters – sul mare salato sotterraneo di Encelado, una delle lune di Saturno. La novità, in questo caso, sta nella profondità alla quale si troverebbe: non più dai 30-40 km delle regioni polari ai 60 km di quelle equatoriali, come si era dedotto dai primi dati inviati dalla sonda Cassini, bensì in media 20 km, e in particolare appena 5 km al di sotto del polo sud. Una novità importante per almeno tre motivi: indicherebbe la presenza di sorgenti di calore endogene, aumenterebbe la possibilità per eventuali missioni future di studiarne la morfologia via radar e, come non mancano d’osservare gli autori dello studio, presenterebbe condizioni più favorevoli di quanto si pensasse allo sviluppo della vita.
Tornando a Plutone, l’ipotesi dell’oceano liquido sotto la crosta dell’ex-nono pianeta lascia a bocca aperta non solo noi ma anche gli addetti ai lavori. «Per me è sorprendente. La possibilità che possano esserci vasti oceani d’acqua liquida su Plutone, così lontano dal Sole, e che questo possa accadere anche su altri oggetti della fascia di Kuiper, be’», ammette Hammond, «è assolutamente incredibile».
di Marco Malaspina (INAF)

Ecco la famiglia trans – nettuniana

Dal 2006, almeno secondo la definizione stabilita dall’Unione Astronomica Internazionale, Plutone non è più un pianeta, ma un pianeta nano. Oggi sappiamo che Plutone è il rappresentante più famoso di una famiglia di corpi celesti che orbitano ai confini del Sistema Solare chiamati “oggetti  transnettuniani”  (TNOs). Di questi oggetti possiamo oggi costruire un quadro abbastanza dettagliato grazie a lunghe osservazioni condotte con il telescopio spaziale infrarosso Hersel lanciato dall’ESA nel 2009.
L’ESA ha reso pubblico un nuovo “ritratto di famiglia” di 132 oggetti transnettuniani  basato sulle osservazioni infrarosse. Questi oggetti sono rimasti sconosciuti agli astronomi fino a circa 20 anni fa. All’inizio degli anni ’90 infatti conoscevamo un solo corpo celeste oltre l’orbita di Nettuno, ovvero Plutone. Scoperto nel 1930 dall’americano Clyde Tombaugh, Plutone ha sempre incuriosito gli astronomi per le sue proprietà, molto diverse rispetto agli altri pianeti del Sistema Solare. Plutone infatti è un piccolo pianeta roccioso, mentre gli altri sono giganti gassosi. Bizzarra è anche l’orbita di Plutone molto ellittica rispetto a quella degli altri pianeti e inclinata di circa 17° rispetto al piano dell’ellittica, molto più di quella di tutti gli altri. Fu nel 1992 che fu scoperto 1992 QB1 un piccolo corpo roccioso che orbita a circa 44 Unità Astronomica dal Sole, poco al di la dell’orbita di Plutone. Ma 1992 QB1 era soltanto l primo di una famiglia completamente nuova di oggetti. Il vero dilemma per gli astronomi si presentò nel 2005 quando fu scoperto 136199 Eris. A quel punto l’Unione Astronomica Internazionale nel 2006 ha adottato la classificazione di “pianeta nano”  per gli oggetti come Pluton ed Eris, che si è scoperto avere all’incirca le stesse dimensioni.
Esiste però una sterminata varietà di oggetti transnettuniani  che orbitano a distanze maggiori di 30 Unità Astronomiche dal Sole e di cui oggi conosciamo circa 1400 esemplari.
Attualmente gli astronomi  dividono questi ogge tti in tre grandi famiglie soprattutto in base alla loro posizione rispetto al Sole. Nelle regioni più interne, comprese  fra circa 30 e 65 U.A. si trova la Fascia di Kuiper formata da oggetti con orbite quasi circolari e poco inclinate rispetto all’eclittica. In questa regione si trova oltre a Plutone anche un altro pianeta nano Makemake. Nelle regioni più esterne si trova la regione del disco diffuso popolato da oggetti con orbite molto ellittiche ed inclinate il cui esemplare più famoso è Eris.  A distanze ancora maggiori si trova poi la Nube di Oort  le cui propaggini più esterne potrebbero estendersi fino a 50 mila U.A. Ancora oggi non sappiamo molto della Nube di Oort ma immaginiamo che si tratti del “serbatoio” cosmico da dove provengono le comete.
Trovandosi così distanti dal Sole i corpi transnettuniani  sono freddissimi con temperature che possono raggiungere i  – 230°C.
Fra i vari oggetti del suo programma scientifico, Herschel ha osservato in dettaglio 132 oggetti transnettuniani . Il quadro che ne emerge è quello di una popolazione molto diversa a partire dalle dimensioni che possono variare da appena 50 chilometri ai circa 2400 chilometri di Plutone ed Eris, i membri più grandi della famiglia. Osservando poi la forma di questi oggetti spiccano due corpi fortemente allungati ovvero Haumea e Varuna. Il diverso albedo, ovvero la frazione di luce riflessa, fornisce più importanti indicazioni sulla composizione della superficie. Una bassa albedo indica materiali scuri come ad esempio materiali organici. Al contrario, un’albedo alta suggerisce la presenza di una superficie prevalentemente ghiacciata.
Tratto da Ecco il ritratto della famiglia trans – nettuniana di Massimiliano Razzano Le Stelle numero 133 pagina 14.

A caccia di nuovi pianeti nella Fascia di Kuiper

Studiare comete, nebulose e la storia delle galassie? Tutti ambiti di ricerca molto attivi, soprattutto negli ultimi anni, ma tra gli obiettivi più affascinanti ed elettrizzanti per un astronomo c’è sicuramente la ricerca e (si spera) l’eventuale scoperta di mondi nuovi. E proprio grazie al telescopio della NASA Hubble negli ultimi 20 anni sono state realizzate importanti scoperte in questo campo. Di recente un gruppo di astronomi ha affermato di aver scovato due piccoli pianeti ghiacciati nella Fascia d Kuiper, proprio ai confini del Sistema solare oltre Plutone. L’avvistamento è avvenuto sole due settimane dopo aver utilizzato per la prima volta a tale scopo il telescopio orbitante forse più famoso della storia. Si tratta di due oggetti a circa 6,4 miliardi km dalla Terra, attualmente noti come 1110113Y e 0720090F. “Più tardi daremo loro dei nomi migliori”, ha garantito con un tweet Alex Parker dell’Università Berkeley (Usa), uno dei membri del team di osservazione. Le immagini sono state scattate lo scorso 24 giugno, dopodiché la NASA ha dato il via libera a una ricerca più intensa nella Fascia di Kuiper: l’obiettivo è quello di individuare un oggetto che la sonda New Horizons della NASA potrebbe osservare da vicino nel prossimo fly-by su Plutone. L’incontro avverrà ill 14 luglio 2015, e il secondo incontro dovrebbe avvenire tre o quattro anni più tardi. Nell’ultimo mese Hubble è stato messo alla prova nella Fascia di Kuiper per capire se è in grado di trovare oggetti deboli più lontani di Plutone ma abbastanza vicini da essere raggiunti da New Horizons. Il team di osservazione ha utilizzato diversi software per vagliare le immagini di Hubble e rilevare il movimento degli oggetti. Lo studio dovrebbe essere completato entro agosto.
di Eleonora Ferroni (INAF)

Centauri, un po’ asteroidi un po’ comete

I Centauri sono una classe di asteroidi del Sistema solare e orbitano attorno a Giove e Nettuno. Un gruppo di astronomi, utilizzando il Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) della NASA, ha trovato una soluzione a un mistero sul quale gli esperti si interrogano da molti anni: sono asteroidi o comete? Proprio a causa della loro doppia natura sono stati battezzati in onore della mitologica razza dei Centauri, metà uomo e metà cavallo. Dai dati in possesso dei ricercatori si evince che si tratta di oggetti provenienti dalle profondità del nostro Sistema solare. Hanno un’origine cometaria, vale a dire che potrebbero essere stati comete attive in passato e potrebbero tornare ad esserlo in futuro. I dati di WISE si riferiscono anche a oggetti più distanti, quelli del disco diffuso, o disco sparso. Si chiama NEOWISE la missione che si occupa proprio dell’identificazione e dello studio degli asteroidi e ha già scattato moltissime immagini di 52 Centauri e di oggetti del disco sparso, 15 dei quali sono nuove scoperte. Si tratta di oggetti con un’orbita instabile, perché la gravità dei pianeti potrebbe lanciarli sempre più vicino al Sole e anche più lontano, in altri punti del Sistema solare. La caratteristica che potrebbe farli includere nella categoria delle comete è l’alone polveroso di cui molti di questi oggetti sono dotati. Nonostante precedenti osservazioni, anche con il telescopio spaziale sempre della NASA Spitzer, gli esperti non hanno mai determinato il numero preciso di asteroidi e comete in questa fascia di cielo. Almeno finora. Le immagini più recenti, invece, hanno fornito nuove informazioni sull’albedo degli oggetti (quindi la quantità di luce da essi riflessa): gli esperti possono distinguere oggetti opachi e dalla superficie scura da altri che riflettono più luce. Con dati precedentemente raccolti sul colore degli asteroidi Centauri si è arrivati a una conclusione più precisa: osservazioni in luce visibile hanno dimostrato che questi oggetti sono generalmente o blu-grigi o rossastri. Un oggetto grigio-blu potrebbe essere un asteroide o una cometa. NEOWISE ha mostrato che la maggior parte degli oggetti tra il blu e il grigio sono scuri, un segno rivelatore delle comete. Un oggetto rossastro e brillante è più probabile che sia un asteroide. In conclusione circa due terzi dei Centauri possono essere annoverati tra le comete provenienti dai confini estremi del nostro Sistema solare.
di Eleonora Ferroni (INAF)

Plutino binario per Gemini

Piccoli corpi ghiacciati, resti della formazione planetaria nel Sistema Solare. Le osservazioni effettuate tramite il Gemini su una coppia di Kuiper Belt Objects (KBO) in mutua orbita ci offre una visione indiretta del passato. Scott Sheppard ha ottenuto osservazioni mensili della coppia, battezzata 2007 TY430, per misurarne precisamente il moto orbitale. Questo moto, contrariamente ad altri moti nella Fascia di Kuiper, è ancora allo stato primordiale, non ha ricevuto influenze gravitazionali e non è stato alterato.
L’orbita primordiale rivela il meccanismo di formazione del sistema binario e fornisce prove sulle condizioni passate durante la formazione del Sistema Solare. La composizione dei corpi, di materiale ultrarosso, è ignota ma potrebbe essere associata a materiale organico.
I membri della coppia hanno caratteristiche simili agli ordinari KBO: le dimensioni sono simili tra loro, con raggio di circa 50 chilometri ciascuno, con una massa totale di circa 1018 kg e con orbita quasi circolare. Tuttavia, la posizione della coppia è qualcosa di più vicino al Sole che alla classica fascia di Kuiper. Il sistema si muoveva probabilmente fuori dalla Fascia di Kuiper classica e poi è stato sistemato nella attuale posizione, favorita dalla risonanza orbitale con Nettuno. Ogni tre orbite nettuniane intorno al Sole, la coppia di KBO ne completa due in una risonanza 3:2, la stessa di Plutone con Nettuno ed è proprio per questo che corpi simili sono chiamati Plutini.
Un sistema binario largo come quello di 2007 TY430 non è molto stabile, ed è il primo ampio, con corpi di dimensioni simili mai trovato in risonanza con Nettuno. Molti sistemi simili sono stati probabilmente disintegrati e questo è probabilmente uno dei pochi rimasti.
L’oggetto è stato inizialmente scoperto dal telescopio giapponese Subaru. Il lavoro apparirà a marzo su Astronomical Journal.
Fonte: Gemini Telescope (Skylive)

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