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.

HR 8799: UNO SCRIGNO DI SORPRESE

A 128 anni luce dalla Terra c'è un sistema planetario che ha lasciato sbalorditi gli astronomi che lo hanno studiato a fondo come mai è accaduto in precedenza.
Si tratta di uno studio che rimarrà nella storia: mai prima d'oggi si era riusciti a studiare un intero sistema planetario i cui pianeti sono stati tutti osservati direttamente e per ognuno, grazie alla rilevazione della luce da loro emessa, è stato possibile raccogliere lo spettro.

Si tratta di un sistema di quattro pianeti in orbita attorno alla stella HR 8799 che per essere studiato con l'accuratezza voluta ha richiesto l'istituzione di un vero e proprio progetto, il 'Project 1640'.
Questo progetto si avvale della strumentazione più avanzata oggi disponibile in materia di studio di pianeti extrasolari; in particolare è stato utilizzato un avanzatissimo sistema di ottica adattiva (in grado di correggere milioni di volte al secondo le turbolenze atmosferiche terrestri) accoppiato con un coronografo (uno strumento che elimina la luce abbagliante della stella madre, milioni di volte più intensa di quella riflessa dai suoi pianeti) ed uno spettrografo che genera decine di immagini del sistema ogni secondo. Lo scopo del progetto è quello di studiare circa 200 stelle sparse in un raggio di 150 anni luce dal Sole.
Come spesso abbiamo detto in precedenti post, l'unico modo che attualmente abbiamo per conoscere la composizione chimica e le caratteristiche di questi mondi è l'analisi spettrale della luce che ci arriva direttamente dagli esopianeti.
Ma allora cosa hanno osservato gli astronomi negli spettri di questi quattro mondi?
Hanno osservato 'situazioni chimiche' legate a questi quattro pianeti davvero inusuali per le conoscenze attuali, considerando che si tratta di mondi con temperature tutto sommato non estreme.
Le molecole di metano ed ammoniaca che ci si aspettava di trovare coesistenti su un pianeta in rapporti variabili, sono state osservate sottoposte a dinamiche separate: un pianeta presenta solo una delle due molecole e non entrambe contemporaneamente. E' stata rilevata anche l'anidride carbonica e soprattutto una molecola mai vista prima su un pianeta extrasolare, l'acetilene!
E' interessante notare come i 4 pianeti di tipo gioviano in orbita attorno a HR 8799 siano posizionati alla medesima distanza dalla stella alla quale si trovano i 'nostri' giganti gassosi (Giove, Saturno, Urano e Nettuno).
Inoltre si tratta dei primi spettri di pianeti gioviani orbitanti a grandi distanze dalla loro stella.
I quattro pianeti hanno quattro spettri completamente diversi l'uno dall'altro: su HR 8799b c'è tutto tranne il metano, su HR 8799c mancano il metano e l'anidride carbonica, su HR 8799d invece manca l'ammoniaca e su HR 8799e mancano ammoniaca e metano.
Una cosa pare accomunarli tutti e quattro: la marcata componente rossa dello spettro indica che i loro cielo è parzialmente nuvoloso.
La stella del sistema invece varia la sua luminosità dell'8% in un paio di giorni ed emette una dose di raggi UV circa 1000 volte maggiore di quella irradiata dal nostro Sole. E' grande 1.6 volte il Sole ed è complessivamente circa 5 volte più luminosa.
Tornando ai pianeti, possiamo affermare che si tratta di mondi non adatti alla vita come la conosciamo. Coi loro 700°C, la dose di radiazione quotidiana e la loro composizione chimica è davvero difficile pensare alla presenza di forme di vita.

Articolo: “Reconnaissance of the HR 8799 Exosolar System I: Near IR Spectroscopy“, di B. R. Oppenheimeret al.