Coppia di nuovi esopianeti a 400 anni luce da noi

Due nuovi esopianeti vanno ad aggiungersi alla lista di quelli finora conosciuti nella nostra Galassia. A scoprire la coppia di giovanissimi pianeti extrasolari, tanto da risultare ancora in fase di formazione,  è stato un gruppo di astronomi guidato dal ricercatore italiano Andrea Isella della Rice University di Houston (Texas, Stati Uniti) grazie alle osservazioni del telescopio ALMA dell’ESO in Cile. I due oggetti celesti, entrambi di dimensioni comparabili al nostro pianeta Saturno, sono stati individuati in modo indiretto: gli scienziati hanno intuito la loro esistenza attorno alla giovane stella  HD 163296, di massa circa doppia a quella del Sole e distante 400 anni luce da noi, grazie alle riprese di ALMA che mettono in evidenza due evidenti “solchi” nel disco di polveri e gas che la circonda. Quegli anelli di spazio sostanzialmente privo di materia sono stati interpretati come le zone in cui altrettanti pianeti stanno completando il loro processo di accrescimento e formazione.

«ALMA ci ha mostrato immagini stupefacenti e scorci mai visti prima degli anelli e delle zone vuote intorno a giovani stelle che potrebbero rappresentare i segni caratteristici della formazione di nuovi pianeti» dice Isella, primo autore di un articolo pubblicato sulla rivista Physical review Letters. «Tuttavia, dato che stavamo solo guardando la polvere nei dischi con sufficiente precisione, non potevamo essere sicuri di ciò che ha dato origine a queste caratteristiche». Il gruppo di ricerca ha utilizzato ALMA per tracciare, per la prima volta, sia la distribuzione della polvere che del monossido di carbonio (CO) sotto forma di gas che compongono il disco attorno ad HD 163296 con un livello di dettaglio simile. Le osservazioni hanno rivelato tre distinte zone concentriche vuote nella polvere che compone il disco protoplanetario. La prima si trova a circa 60 unità astronomiche dalla stella centrale, ovvero 60 volte la distanza tra Terra e Sole, che è circa il doppio dello spazio che separa il Sole da Nettuno. Le altre due lacune si trovano a 100 e a 160 unità astronomiche dalla stella centrale: rispetto al nostro Sistema solare, si posizionerebbero ben oltre la fascia di Kuiper, la regione di corpi ghiacciati esterni all’orbita di Nettuno. I ricercatori hanno confermato con le osservazioni di ALMA la presenza di simili andamenti anche nella distribuzione del monossido di carbonio in concomitanza delle due lacune più esterne. In base a questa concomitanza di informazioni, gli astronomi ritengono di aver trovato prove convincenti della presenza di due pianeti in fase di formazione a grandi distanze dalla stella centrale. Le estensioni delle due regioni in cui sembra quasi del tutto assente sia la polvere che il gas suggeriscono che entrambi i potenziali pianeti abbiano massa comparabile a quella di Saturno.«Dati di quattro anni fa a più bassa risoluzione angolare ci avevano permesso di vedere solo un debole indizio di sotto-strutture in questo sistema; ora che il radiotelescopio ALMA è entrato a pieno regime abbiamo potuto rilevare queste incredibili e marcate strutture ad anello, indizio che il sistema è già in una fase avanzata della sua evoluzione e che molto probabilmente ha già dato origine a giganti gassosi. Commenta Greta Guidi, studentessa di dottorato di Ricerca all’Università di Firenze e all’INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, che ha partecipato allo studio. «ALMA ci sta facendo fare passi da gigante nella nostra comprensione del processo della formazione dei pianeti» sottolinea Leonardo Testi, astronomo dell’ESO e associato INAF, tra i coautori dell’articolo. «Dopo i primi risultati sulle strutture nella polvere in HL Tauri, TW Hydrae ed Elias 2-27, adesso finalmente possiamo anche osservare l’effetto dei pianeti sul gas molecolare. La combinazione di queste osservazioni di ALMA con osservazioni ad alta risoluzione e contrasto con ottica adattiva a LBT e VLT ci permetteranno presto anche di rivelare i giovani pianeti e studiarne le proprietà». Nella foto: Immagine del disco protoplanetario di polveri attorno alla stella HD 163296 ripreso da ALMA. Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); A. Isella; B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)
di Marco Galliani (INAF)

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Destinazione Proxima b

La scoperta del pianeta in orbita alla stella più vicina alla Terra risveglia la voglia dei viaggi interstellari. La stella oggetto dell’interesse è Proxima Centauri che, insieme alle due compagne più massive Alpha Centauri A e B forma un sistema triplo. La tre stelle distano poco più di 4 anni luce dal Sole, ma la più vicina è Proxima, come dice il nome. E’ intorno a lei che orbita il pianeta appena scoperto. Proxima b, che ha massa terrestre e periodo orbitale di appena 11 giorni, è molto vicino alla sua stella che però è una nana rossa piccola e poco luminosa e non lo surriscalda, anzi il pianeta potrebbe essere nella fascia di abitabilità della stellina e si ipotizza che sulla sua superficie possa esistere acqua allo stato liquido. Va aggiunto che le condizioni su Proxima b non paiono ottimali. La nana rossa non è affatto una vecchia signora tranquilla, ogni tanto si sveglia e produce fiotti di radiazione X, un comportamento poco amichevole nei confronti di qualsiasi forma di vita, anche elementare sul pianeta. Indipendentemente dalle considerazioni sull’abitabilità del nuovo pianeta, certamente inizieranno osservazioni intensive di Proxima b alla ricerca di segnali di vita. Con un tempo di transito di poco più di quattro anni (otto considerando andata e ritorno) sarebbe quasi possibile intavolare una conversazione. Aspettare otto anni per una risposta può sembrare lungo a noi terrestri, ma è il tempo di percorrenza più breve che ci offra l’universo.  Chi avesse messaggi intelligenti da inviare si faccia avanti, c’è un premio da un milione di dollari messo in palio dall’iniziativa Breakthrough Message proposta da Yuri Milner, il miliardario di origine russa che, grazie al risultato dell’ESO, si trova al centro dell’attenzione. Solo pochi mesi fa, infatti, Milner aveva annunciato il programma StarShot per raggiungere Alpha Centauri in 20 anni. La sfida è titanica, bisogna viaggiare a circa 20% della velocità della luce. Come? StarShot  propone di utilizzare migliaia di sonde leggerissime (delle vele del peso indicativo di un grammo) che dovrebbero essere accelerate grazie alla spinta di potentissimi fasci laser posizionati al suolo.  Una volta in vista della meta, le sonde dovrebbero fare una foto da mandare a Terra. Non è chiaro con quali leggerissimi strumenti, ma questa è la sfida. Yuri aveva scelto Alpha Centauri semplicemente perché voleva un oggetto che fosse raggiungibile nell’arco della sua vita, massimo 50 anni, compreso un programma di ricerca di 30 anni. L’annuncio, così visionario, ha già spinto il comitato che gestisce il budget della NASA a chiedere che anche l’agenzia si muova in questa direzione studiando una vera missione spaziale per raggiungere Alpha Centauri nel 2069, in occasione del centenario dello sbarco sulla Luna. Di certo, la scoperta del nuovo pianeta sarà da stimolo per realizzare un sogno. Non è un caso che alla conferenza stampa dell’ESO fosse presente Pete Worden, ex NASA e ora direttore del progetto StarShot. Proxima b ha messo il turbo ai viaggi interstellari.
di Patrizia Caraveo (INAF) L’articolo è stato pubblicato sul Sole 24 Ore domenica 28 agosto 2016, ed è stato riprodotto qui su Media INAF con il consenso dell’autrice, direttrice dell’INAF IASF Milano

Proxima b, la “Terra gemella” più vicina possibile

Non è un pianeta qualunque. Quello descritto oggi per la prima volta sulle pagine di Nature è un mondo del quale ci ricorderemo a lungo. Grande – o meglio piccolo – circa quanto la Terra, Proxima b, questo il suo nome, ha infatti due caratteristiche che danno alla sua scoperta una portata storica. Anzitutto, ma qui è in buona compagnia, non si può escludere che possa ospitare la vita. Ma a renderlo unico è che orbita attorno alla stella più vicina che esista al nostro Sole: la modesta nana rossa Proxima Centauri, ad “appena” 4.2 anni luce da noi. «Molti esopianeti sono stati scoperti e molti altri verranno scoperti in futuro, ma cercare quello che potenzialmente è l’analogo della Terra a noi più vicino, e riuscirci, è stata per noi tutti l’esperienza di una vita», è la dichiarazione altisonante – com’è comprensibile che sia – dello scienziato alla guida del team che ha trovato Proxima b, Guillem Anglada-Escudé, della Queen Mary University di Londra. E il fatto che sia un ricercatore spagnolo in forze presso un’università del Regno Unito ci porta a una terza particolarità di questa scoperta che – soprattutto di questi tempi – vale la pena menzionare:Proxima b è un pianeta “europeo”. Nel senso che ad “avvistarlo” per primi non sono stati i telescopi spaziali della NASA bensì quelli terrestri, situati sulle Ande cilene, dell’ESO, lo European Southern Observatory, un’organizzazione intergovernativa tutta europea che comprende fra i suoi membri di maggior rilievo anche l’Italia. Non è un pianeta qualunque, dicevamo: se confermato – ma su questo, ora spiegheremo perché, ci sono ben pochi dubbi – e soprattutto se risulterà davvero abitabile, Proxima b, proprio per la sua imbattibile prossimità, avrà buone chance di monopolizzare per anni, o forse sarebbe più corretto dire per millenni, l’attenzione (e le risorse) di ogni programma per la ricerca d’una seconda Terra. Ma tutto ciò è ancora alquanto prematuro. Basti pensare che Proxima b non è ancora stato nemmeno visto. Non direttamente – anche se con il diluvio di rappresentazioni artistiche che ci inonderà in queste ore sarà difficile ricordarsi e convincersi che non esiste, a oggi, neppure un singolo pixel che lo ritragga, figuriamoci una foto. Ma nemmeno indirettamente: a differenza di quanto accade con il metodo dei transiti, quello utilizzato dal satellite Kepler, che dei pianeti ci mostra quanto meno “l’ombra”, l’esistenza e le caratteristiche di Proxima b sono state per ora dedotte quasi esclusivamente dalle perturbazioni sulla velocità della sua stella madre – Proxima Centauri, appunto – introdotte dall’influenza gravitazionale reciproca fra quest’ultima e il pianeta. Ovvero, con il metodo delle velocità radiali. Ci sono – è vero – anche curve fotometriche, relative a variazioni periodiche della luminosità della stella, correlate con il segnale doppler della variazione di velocità radiale (ecco il perché del ‘quasi’ di poc’anzi), ma non c’è alcuna prova che siano legate a un eventuale transito del pianeta sul disco della stella. Dunque, prima di procedere oltre, è opportuno distinguere tra le informazioni ragionevolmente certe – per quanto la certezza assoluta non appartenga al dominio della scienza – e quelle che invece al momento non lo sono. Partiamo da queste ultime.

Cosa non sappiamo

Non sappiamo alcunché circa la sua atmosfera. Non solo non sappiamo da quali gas è formata, ma neppure possiamo dire se ne possiede una o meno. A voler vedere il bicchiere mezzo vuoto, c’è da ricordare che l’assenza di un’atmosfera è resa abbastanza probabile dall’estrema prossimità del pianeta alla stella madre. In ogni caso, gli scienziati non sono al momento nemmeno in grado di quantificare la probabilità che un’atmosfera ci sia o non ci sia, ha dichiarato oggi in conferenza stampa uno dei coautori della scoperta, Ansgar Reiners, dell’Istituto di astrofisica di Gottinga, in Germania. Allo stesso modo, non c’è alcuna certezza sulla presenza o meno di acqua, né in superficie né al di sotto. La buona notizia, però, sottolineata più volte dagli scienziati, è che questa temporanea – speriamo – ignoranza non ci consente d’escludere che possegga entrambe: acqua e atmosfera. Non solo: le condizioni termiche ipotizzate per il pianeta (tenendo conto della distanza dalla stella e della temperatura relativamente mite di quest’ultima, meno di 2800 gradi) sembrerebbero compatibili con la presenza d’acqua allo stato liquido. Ancora, pur avendo una stima circa la sua massa minima, non possiamo dire altrettanto su quella massima. Dunque, stando ai dati, potrebbe anche non essere un “piccolo pianeta roccioso”. Però, ha spiegato Anglada-Escudé, per quanto sia vero che non abbiamo indizi sulla massa massima, l’esperienza con i pianeti rocciosi individuati da Kepler induce a ritenere che si tratti d’un pianeta comunque piccolo. Infine, ma a questo punto dovrebbe essere scontato, nessuno è in grado d’affermare se lassù ci sia o meno la vita.

Cosa sappiamo

Sappiamo che c’è. Va detto che, almeno formalmente, Proxima b non è collocato nella classe dei pianeti confermati, ma è ancora in quella dei candidati – come ben si evince anche dal titolo dello studio pubblicato oggi su Natureche illustra la scoperta: “A terrestrial planet candidate in a temperate orbit around Proxima Centauri”. E i falsi positivi sono numerosi, seppure in quantità minore per quanto riguarda i piccoli pianeti rocciosi come dovrebbe essere Proxima b. D’altronde, basti ricordare che un candidato di massa terrestre appena qualche settimana luce più distante di questo – a 4.3 anni luce da noi – era stato rilevato nel 2012, anch’esso con il metodo delle variazioni di velocità radiale, in orbita attorno ad Alpha Centauri B. Denominato Alpha Centauri Bb, anche nel suo caso la scoperta venne pubblicata su Nature, ma successive analisi hanno messo pesantemente in dubbio che esista davvero. Però il caso di Proxima b è diverso. Tanto che –  scherzando, d’accordo, ma fino a un certo punto – Anglada-Escudé ha puntualizzato che quel ‘candidate’ che troviamo nel titolo dell’articolo su Nature si riferisce soprattutto all’aggettivo ‘terrestrial’, più che al sostantivo ‘planet’. E aggiungendo che la probabilità che si tratti d’un falso positivo è stimata attorno a uno su dieci milioni. Il perché di tanta sicurezza sta anzitutto in un numero: 1.4 m/s. Di tanto varia la velocità di Proxima Centauri per effetto dell’interazione gravitazionale con Proxima b. Misurato dallo spettrografo HARPS (vero protagonista della scoperta, installato sul telescopio da 3.6 metri dell’ESO in Cile), è un valore alquanto elevato, che mette sostanzialmente al riparo da rischi di smentite. A questo vanno aggiunte le conferme ottenute dalle misure fotometriche, come detto prima, e in generale la lunga durata e la progressione senza sorprese della campagna osservativa. «Ho continuato a verificare la consistenza del segnale ogni singolo giorno, durante le 60 notti della campagna osservativa Pale Red Dot», ricorda Anglada-Escudé a proposito degli ultimi, concitati, mesi di raccolta dati. «I primi 10 erano promettenti, i primi 20 erano in linea con quanto ci attendevamo, e dopo 30 giorni il risultato era praticamente definitivo, così ci siamo messi a scrivere l’articolo». Ne conosciamo la massa minima, stimata attorno a 1.27 volte quella della Terra. Sappiamo quanto dura un suo anno: 11 giorni e 4 ore terrestri, questo il periodo di rivoluzione. E abbiamo una stima abbastanza precisa di quanto sia lontano da Proxima Centauri, la stella attorno alla quale orbita: circa 7.5 milioni di km, ovvero il 5 percento della distanza fra la Terra e il Sole. Pochissimo. Così poco da rendere probabili, nonostante la debolezza della stella rispetto al Sole, alcune caratteristiche non proprio a favore dell’abitabilità. Quali? La rotazione sincrona, per esempio, con la conseguenza che Proxima b potrebbe mostrare sempre la stessa faccia alla sua stella, e dunque avere un emisfero perennemente illuminato e l’altro perennemente al buio. Ancora, l’intensità delle tempeste stellari. O l’induzione magnetica della stella sul pianeta, vale a dire la densità del suo flusso magnetico. Ma la più minacciosa parrebbe essere la radiazione stellare che investe il pianeta, soprattutto in banda ultravioletta e X: quest’ultima, in particolare, si ritiene sia 400 volte più intensa di quella che investe la Terra.
Tutte avversità, osservano però Anglada-Escudé e colleghi, alle quali un’atmosfera come si deve potrebbe far fronte. Inoltre, sappiamo anche che le nane rosse hanno durata lunghissima. Proxima Centauri esisterà centinaia, se non migliaia, di volte più a lungo del Sole. E questa longevità è un fattore cruciale a favore dello sviluppo d’eventuali forme di vita.
Di Proxima b sappiamo infine, ed è la sua caratteristica più importante, quanto dista da noi. Pochissimo, in termini astronomici: 4.22 anni luce. Per un pianeta extrasolare – escludendo improbabili pianeti orfani – meno di così è impossibile, visto che Proxima centauri è la stella più vicina al Sole. Per dire, se mai qualcuno lassù fosse oggi intento ad ascoltare un nostro giornale radio, sentirebbe quello del 3 giugno 2012 – governo Monti, ricordate? Insomma, sarebbe quasi un nostro contemporaneo. Pochissimo in termini astronomici, dunque, ma comunque un’enormità per noi viaggiatori umani: 40 mila miliardi di km.

Cosa ci attende

Il primo obiettivo, si spera a breve termine, è capire se Proxima b possiede un’atmosfera. Per riuscirci, l’osservazione di un transito sarebbe l’ideale: ci permetterebbe non solo di confermare al di là d’ogni ragionevole dubbio che Proxima b esiste, ma anche – appunto – di verificare la presenza di un’atmosfera e di analizzarne la composizione chimica. Purtroppo, però, per osservare un transito non bastano né la pazienza certosina del team guidato da Anglada-Escudé né la tecnologia più avanzata possibile: occorre anche trovarsi nella posizione giusta. E su questo c’è assai poco da fare.
Ecco dunque che potrebbe tornare quanto mai a proposito il progetto Starshot, del quale abbiamo parlato qualche mese fa su INAF-TV e che, in modo piuttosto irrituale per una conferenza stampa scientifica, ha trovato ospitalità anche nella presentazione dell’ESO. Ultimo fra gli speaker è infatti intervenuto, in qualità di chairman della Breakthrough Prize Foundation, Pete Worden, fino all’anno scorso direttore del NASA AMES Research Center. E ha spiegato che, fra i 20-25 anni necessari per la realizzazione delle micronavicelle spaziali – sponsorizzate da personaggi del calibro di Yuri Milner, Mark Zuckerberg e lo stesso Stephen Hawking – e gli altri 20-25 richiesti per coprire a velocità relativistiche la distanza che ci separa dal sistema di Alpha Centauri, dove si trova Proxima b, fra il 2060 e la fine del secolo potremmo cominciare a ricevere immagini ravvicinate del nostro vicino di casa.
Un’attesa troppo lunga per ricevere solo immagini, dite? Be’, consolatevi: se volessimo andarci di persona, e prima o poi lo vorremo, pur con tutto l’ottimismo possibile, anche i più giovani fra noi difficilmente assisteranno alla colonizzazione di Proxima b. I conti sono presto fatti. Prendiamo Solar Probe, un telescopio solare da mezza tonnellata il cui lancio è in programma per il 2018. Si prevede che toccherà punte di oltre 200 km/s, vale a dire 720 mila km/h, abbattendo così ogni record di velocità per oggetti costruiti dall’uomo. Ebbene, se anche riuscissimo a realizzare una navicella in grado di raggiungere la velocità di Solar Probe e capace di portare esseri umani a bordo, per arrivare su Proxima b impiegheremmo oltre 6 mila anni. Come dire, per essere là adesso saremmo dovuti partire nel V millennio a.C., in epoca neolitica, quando i nostri antenati conoscevano a malapena strumenti come l’aratro o la ruota. Insomma, prima di metterci in viaggio, meglio assicurarci che ne valga davvero la pena.
di Marco Malaspina (INAF)

Si fa presto a dire abitabile

Per cercare mondi abitabili, la definizione di “zona Goldilocks” comincia a stare un po’ troppo larga. È tempo di prendere in considerazione criteri più restrittivi, propone uno studio uscito su Science Advances firmato da Jun Korenaga, professore di geologia e geofisica alla Yale University. Per decenni si è ritenuto che il fattore chiave per determinare se un pianeta possa o meno ospitare la vita sia la distanza dalla stella madre. Nel Sistema solare, per esempio, Venere si trova troppo vicino al Sole e Marte troppo lontano, mentre la Terra è alla distanza giusta: orbita in quella che gli scienziati chiamano zona abitabile, o “zona Goldilocks”. Ma si è anche presunto che i pianeti fossero in grado di autoregolare la propria temperatura interna attraverso i movimenti convettivi del mantello –  lo spostamento sotterraneo di rocce causato dal riscaldamento e dal raffreddamento. Un pianeta potrebbe essere inizialmente troppo freddo, o troppo caldo, ma nel lungo periodo si stabilizzerebbe a una temperatura giusta. Ed è proprio questa seconda supposizione a non trovare riscontro nel quadro teorico messo a punto da Korenaga per spiegare il grado di autoregolazione che ci si può attendere dai moti convettivi del mantello. «Se mettiamo insieme tutti i dati scientifici di cui disponiamo su come la Terra s’è evoluta negli ultimi miliardi di anni e cerchiamo di dar loro un senso, finiremo per renderci conto che la convezione del mantello è abbastanza indifferente alla temperatura interna del pianeta», dice infatti il geofisico di Yale, suggerendo che l’autoregolazione sia improbabile per pianeti simili alla Terra. «L’assenza del meccanismo d’autoregolazione ha implicazioni enormi per l’abitabilità d’un pianeta», spiega Korenaga. «Gli studi sulla formazione planetaria suggeriscono che nell’evoluzione di pianeti come la Terra giochino un ruolo importante gli impatti, grandi e numerosi, ed è noto che gli esiti d’un processo così casuale possono essere i più diversi». Ora, in presenza d’un’azione autoregolante dovuta alla convezione del mantello, dice Korenaga, una siffatta varietà in dimensioni e temperatura interna non ostacolerebbe l’evoluzione planetaria. «Quello che diamo per scontato sul nostro pianeta, come per esempio gli oceani e i continenti», aggiunge però Korenaga, «non esisterebbe se la temperatura interna della Terra non fosse stata compresa entro un determinato intervallo. Questo significa che l’inizio della storia della Terra non può essere stato né troppo caldo né troppo freddo».
Redazione Media Inaf

Due pianeti rocciosi scoperti da un team INAF

Il team del programma osservativo GAPS (Global Architecture of Planetary Systems) dell’INAF mette a segno un altro importante risultato portando a quattro il numero di sistemi planetari scoperti. Il nome dell’ultimo arrivato è GJ 3998, e i suoi 58 anni luce di distanza dalla Terra lo rendono l’undicesimo sistema planetario più vicino a noi (al momento della scoperta). È formato da una stella di tipo M, quindi più fredda e meno luminosa del Sole, e da due pianeti rocciosi del tipo Super-Terre. Nel 2014 il team GAPS aveva identificato il primo sistema binario dove entrambe le componenti stellari XO-2S e XO-2N avevano un mini sistema planetario. Nel 2015 era stato pubblicato un articolo della scoperta del Saturno caldo KELT-6b nel sistema planetario KELT-6. All’inizio di quest’anno, il primo sistema planetario multiplo, denominato Pr0211, in un ammasso aperto2. Ora arriva la stella GJ 3998, dove GJ 3998b è la super-Terra più interna al sistema con periodo orbitale di 2,65 giorni e massa 2,5 masse terrestri, e GJ 3998c la super-Terra più esterna con un periodo di 13,7 giorni e massa 6,5 volte quella terrestre. Le stelle di classe M, più fredde e più piccole del Sole, costituiscono circa i tre quarti delle stelle della nostra galassia e rappresentano un target interessante per i programmi di ricerca dei pianeti extrasolari, di cui fa parte anche GAPS. I pianeti di tipo roccioso in orbita attorno a questo tipo di stelle sono più facili da scoprire rispetto ai pianeti che ruotano attorno a stelle più massicce. La scoperta di questo nuovo sistema planetario, in pubblicazione sulla rivista Astronomy & Astrophysics, rientra all’interno della collaborazione INAF-GAPS con l’Institut de Ciències de l’Espai/CSIC-IEEC (ICE) e con l’Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ed è il primo risultato nella survey delle velocità radiali per pianeti di piccola massa intorno a un campione di stelle M nell’emisfero nord grazie ad HARPS-N montato al Telescopio Nazionale Galileo. Questo risultato si va ad aggiungere agli altri, ricavati dallo studio di stelle di tipo M nell’emisfero sud grazie al gemello di HARPS-N, HARPS, montato al telescopio di 3,6 metri a La Silla (Cile). «Il sistema planetario attorno alla stella GJ 3998 è il primo risultato che otteniamo dal nostro studio sui pianeti extrasolari attorno a stelle più piccole e più fredde rispetto al nostro Sole», dice Laura Affer dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo, prima autrice dell’articolo. «Di questi due pianeti massicci e presumibilmente rocciosi conosciamo il periodo di rotazione e la massa, ma non conosciamo il raggio. Conoscerlo permetterebbe di avere informazioni su un parametro importante: la densità e, di conseguenza, sulla struttura interna del pianeta».  I due pianeti del sistema GJ 3998 non sono delle nuove “Terre” che possano ricordare il nostro pianeta. Entrambi si trovano molto vicini alla loro stella ospite e non vengono a cadere nella cosiddetta “zona di abitabilità della stella”, cioè quella fascia attorno alla stella madre dove l’acqua si può trovare allo stato liquido sulla superficie planetaria. Tuttavia, questo nuovo sistema planetario potrebbe essere il punto di svolta nello studio dei pianeti di piccola massa, in particolare quelli inferiori alle 6 masse terrestri. «Si è osservato che i pianeti con masse minori di 6 masse terrestri sembrano avere una composizione simile a quella terrestre. Se il pianeta più interno, GJ 3998b, con massa 2,5 volte quella terrestre, venisse osservato transitare davanti alla sua stella», spiega Affer, «sarebbe possibile fare misure dirette del suo raggio. In questo modo, noti raggio e massa sarebbe possibile sistemare un punto ben preciso nel diagramma massa-raggio per questi sistemi transitanti, coprendo così la zona delle 2-3 masse terrestri che al momento è priva di punti, cioè di pianeti noti. Solo così si potrebbe capire se la composizione di GJ 3998b è simile a quella della Terra». Per questo motivo, è stata fatta una richiesta di 20 ore di osservazione con lo Spitzer Space Telescope della NASA, per monitorare il pianeta più interno del sistema e vedere se transita davanti alla stella. Tale transito farebbe di GJ 3998b un eccellente target per uno studio dettagliato della sua atmosfera con i futuri telescopi spaziali quali CHEOPS e PLATO, entrambi dell’ESA, e il James Webb Space Telescope della NASA. In questo modo GJ 3998b diventerebbe una sorta di “stele di Rosetta” nello studio dei pianeti di piccola massa in orbita attorno a stelle M. Più saranno i sistemi planetari formati da pianeti di tipo roccioso intorno a stelle M che si scopriranno, tanto più ricca sarà la lista di candidati pianeti da proporre per le missioni CHEOPS e PLATO.
di Sabrina Masiero (INAF)

Mondi rocciosi, forse abitabili

Un team internazionale di scienziati ha annunciato solo pochi mesi fa la scoperta diTRAPPIST-1, un sistema planetario a soli 40 anni luce dalla Terra. La caratteristica interessante di questo sistema è che ospita tre pianeti potenzialmente abitabili, mondi di dimensioni terrestri e con temperature che lasciano ben sperare circa la possibilità di ospitare la vita.
In un articolo appena pubblicato sull’ultimo numero della rivista Nature lo stesso gruppo di ricercatori riferisce che i due pianeti più interni del sistema mostrano caratteristiche compatibili con quelle di un oggetto roccioso, con atmosfere compatte, simili a quelle presenti nel Sistema solare interno. I risultati rafforzano l’ipotesi che questi pianeti possano essere effettivamente abitabili.
Lo studio, guidato da Julien de Wit, ricercatore post-doc presso il Massachussets Institute of Technology, è basato su un’analisi preliminare delle atmosfere planetarie, effettuata pochi giorni dopo l’annuncio della scoperta. Il 4 maggio scorso, il team ha fatto richiesta affinché il telescopio spaziale Hubble fosse puntato su TRAPPIST.1, poiché a distanza di pochi giorni sarebbe avvenuto un evento estremamente raro: un doppio transito, ovvero il passaggio in contemporanea di due pianeti davanti al disco stellare. La previsione è stata possibile grazie alle stime orbitali ottenute con i dati del telescopio spaziale Spitzer, con cui gli scienziati avevano già osservato il sistema.
«Abbiamo pensato che il team di Hubble avrebbe potuto accogliere la nostra richiesta, perciò abbiamo scritto la proposta in meno di 24 ore, l’abbiamo inviata, ed è stata esaminata immediatamente», racconta de Wit. «Ora abbiamo, per la prima volta, osservazioni spettroscopiche di un doppio transito, e questo ci permette di ottenere informazioni sulle atmosfere di entrambi i pianeti nello stesso momento».
Grazie ai dati forniti da Hubble, il team ha registrato infatti le variazioni di luce provenienti dalla stella dovute ai passaggi distinti di TRAPPIST-1b e c, due dei tre pianeti che – per quanto ne sappiamo – la circondano. «I dati erano assolutamente perfetti, le osservazioni sono andate meglio di quanto avessimo sperato», dice de Wit.
Le diminuzioni di intensità della luce della stella sono state osservate su una stretta gamma di lunghezze d’onda, mostrando di non variare molto nell’arco dell’intervallo investigato. Se ci fossero state variazioni significative, sarebbe stata un’indicazione a favore di atmosfere estese, simili a quelle di un gigante gassoso. I dati, invece, suggeriscono che entrambi i pianeti in transito abbiano atmosfere compatte e sottili, più simili a quelle che circondano i pianeti rocciosi.
«Ora possiamo dire che questi pianeti sono rocciosi», spiega de Wit. «La domanda quindi diventa: che tipo di atmosfera hanno?. Gli scenari possibili ci indirizzano verso qualcosa di simile a Venere, dove l’atmosfera è dominata dall’anidride carbonica, oppure un ambiente simile alla Terra, con nuvole pesanti di vapore acqueo, o ancora qualcosa di simile a Marte, con un’atmosfera che si è in gran parte consumata. Il passo successivo sarà cercare di capire quale di questi scenari si applica ai pianeti di TRAPPIST-1».
Il team di scienziati ha scoperto il sistema planetario utilizzando TRAPPIST (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope), un telescopio da Terra di ultima generazione, realizzato dall’Università di Liegi, Belgio, e progettato per studiare il cielo nella banda degli infrarossi. TRAPPIST è stato costruito come prototipo per lo studio di circa un centinaio di stelle nane brillanti del cielo australe, inoltre è impegnato nell’osservazione di comete e altri corpi minori del Sistema solare. Ora i ricercatori hanno costituito un consorzio, chiamatoSPECULOOS (Search for habitable Planets Eclipsing ULtra-cOOl Stars), e hanno avviato la costruzione di quattro telescopi simili, ma di taglia più grande. Questo nuovo progetto permetterebbe agli scienziati di concentrarsi sulle stelle nane ultra fredde nel cielo australe. Inoltre è in fase di valutazione e raccolta fondi un’estensione del progetto anche all’emisfero boreale.
Le stelle nane ultra fredde sono stelle con temperature molto inferiori a quella del Sole, ed emettono radiazioni più intense nell’infrarosso che nel visibile. L’idea di andare a cercare pianeti in orbita attorno a stelle di questo tipo nasce dal fatto che la loro emissione è molto più debole rispetto ad altre stelle, e questo fa sì che il segnale luminoso non sia saturato dall’emissione stellare quanto lo è in altri sistemi.
Telescopi simili a TRAPPIST funzionano come un primo strumento di selezione. Avendone a disposizione un numero maggiore, gli scienziati potranno usarli per identificare sistemi simili a TRAPPIST-1, che ospitano pianeti potenzialmente abitabili, per poi eseguire osservazioni più dettagliate con strumenti come il telescopio spaziale Hubble o il James Webb Telescope, il cui lancio è previsto nell’ottobre 2018.
«Con osservazioni da parte di Hubble, o in futuro del James Webb, siamo in grado di sapere non solo che tipo di atmosfera hanno pianeti come quelli trovati nel sistema di TRAPPIST-1, ma anche come sono composte queste atmosfere», aggiunge de Wit. «E questo è molto eccitante».
«Le osservazioni dei transiti di TRAPPIST-1 sono molto interessanti perché ci dicono che i pianeti hanno un’atmosfera compatta come quella dei pianeti rocciosi del nostro Sistema solare, anche se non possiamo sapere se assomiglia di più a quella della Terra, di Marte o di Venere o se ha caratteristiche ancora diverse», spiega ai microfoni di Media INAF Giusi Micela, dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo. «Ormai il numero di annunci di scoperte di sistemi abitabili o potenzialmente tali va aumentando rapidamente, anche se ancora non abbiamo trovato un pianeta identico alla Terra. D’altra parte un pianeta può essere abitabile anche se in condizioni molto diverse da quelle del nostro pianeta. Tutto sta nella definizione di abitabilità, e se esistono forme di vita che non conosciamo che possano esistere in condizioni che non possiamo neanche immaginare».
«Già sappiamo che sulla Terra esistono organismi, gli estremofili, che vivono in condizioni estreme», prosegue Micela. «Cosa possa succedere in un mondo completamente diverso è una domanda a cui oggi non siamo in grado di rispondere. Trovare forme di vita diverse può essere altrettanto interessante, se non di più, che trovare la vita come noi la conosciamo in altri pianeti. Prevedere fra quanto tempo saremo in grado di trovare la vita nei mondi alieni è difficile. Stiamo costruendo nuovi strumenti sempre più sofisticati per l’osservazione di atmosfere planetarie e in particolare per identificare indicatori della presenza di forme di vita. I tempi dipenderanno da quanto la vita è diffusa e anche, come in ogni cosa, dalla fortuna».
di Elisa Nichelli (INAF)

L’allegra combriccola dei gioviani caldi

Dopo aver studiato a fondo i dati raccolti dal telescopio spaziale Kepler in quattro anni di osservazioni, gli astronomi dell’Università di Toronto sono arrivati all’unica conclusione possibile: la classe di pianeti extrasolari conosciuta con il nome di “gioviani caldi” non conduce l’esistenza solitaria che pensavamo fosse in linea con le loro caratteristiche peculiari. Al contrario questi giganti gassosi,su un’orbita pericolosamente vicina alla loro stella ospite, amano condividere il loro tempo con una combriccola di pianetidel tutto inaspettata.
Ma partiamo dall’inizio: nella caccia grossa agli esopianeti in cui gli astrofisici sono impegnati da anni, una classe di questi mondi – giganti gassosi di una taglia paragonabile a quella del nostro Giove – è stata ribattezzata con il nome di Hot Jupiters, gioviani caldi appunto. Ma non bisogna farsi ingannare: se la loro stazza è comparabile, se non maggiore, a quella del gigante del nostro Sistema solare, l’orbita su cui si muovono è decisamente più stretta. Tipicamente navigano attorno al loro sole a una distanza compresa tra la metà e un decimo di quella terrestre (e quindi tra le 0,5 e 0,1 unità astronomiche, ovvero tra circa 75 e 15 milioni di chilometri). Una vicinanza pericolosa alla stella madre, per esopianeti di queste dimensioni, e che fa sì che la temperatura superficiale di questi giganti gassosi debba essere molto elevata.
Secondo i ricercatori canadesi, la cui ricerca è appena stata pubblicata su Astrophysical Journal, è evidente che esistano due tipologie di gioviani caldi, ciascuno con diverse caratteristiche di formazione ed evoluzione planetaria. Esistono giganti gassosi che godono della compagnia di altri pianeti nello spazio più prossimo alla stella ospite, e altri che conducono una vita eremitica ma che probabilmente sono migrati nella posizione in cui si trovano attualmente in seguito a un processo di formazione svoltosi altrove.
«I nostri risultati suggeriscono che una frazione consistente dei cosiddetti gioviani caldi non possa in nessun modo essere migrata nelle posizioni in cui oggi possiamo osservare questi esopianeti. Forse dobbiamo prendere seriamente in considerazione l’ipotesi che si siano formati nel luogo in cui si trovano», spiega Chelsea Huang, prima autrice dello studio e in forze presso il Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics dell’Università di Toronto.
Guardando al nostro Sistema solare e al suo gigante gassoso Giove, risulta contro intuitivo immaginare che un pianeta di questo tipo possa essersi formato a una distanza dalla sua stella ospite che è grossomodo quella a cui troviamo piccoli pianeti arroventati come Mercurio o Venere.
Fino a ieri gli scienziati hanno ritenuto che il caso dei gioviani caldi fosse da imputarsi a dinamiche di migrazione planetaria: giganti gassosi in viaggio verso l’interno del sistema solare cui appartengono e che vanno surriscaldandosi man mano che si avvicinano alla loro stella. Eventi, si pensava, capaci di scalzare tutti i pianeti di piccole e medie dimensioni che si trovino nell’orbita interessata.
Ma invece di trovare grossi pianeti solitari, il telescopio NASA Kepler ha scoperto 11 gioviani caldi in compagnia di pianeti di dimensioni paragonabili alla Terra e a Nettuno. 11 su 27 hot jupitersindividuati dallo studio. «E il numero è destinato a crescere progressivamente, con il proseguo delle analisi», chiosa Huang.
di Davide Coero Borga (INAF)

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