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.

CALCOLATA PER LA PRIMA VOLTA L'ORBITA DI UN ESOPIANETA

Le scoperte ed i record legati al pianeta β Pictoris b sono ormai numerosissime, ma ancora una volta questo esopianeta fa parlare di sè.
Utilizzando il Gemini South, uno dei telescopi più potenti al mondo, accoppiato con il Gemini Planet Imager ( il top in materia di fotografia diretta di esopianeti ), gli astronomi hanno osservato il pianeta muoversi gradualmente lungo la sua orbita. Si tratta del primo calcolo dell'orbita per un esopianeta grande 'solamente' 4 volte il nostro Giove e posto ad appena 8 unità astronomiche dalla sua stella: un risultato incredibile.
L'orbita su cui rivoluziona il pianeta è incastonata nel densissimo ( gas, polveri e detriti ) ed esteso ( oltre 3000 UA di diametro ) disco protoplanetario che circonda la stella.  β Pictoris è infatti una stella giovanissima, 12 milioni di anni contro i 4,6 miliardi del nostro Sole, ed il suo pianeta non è da meno: si tratta infatti di un gigante gassoso in fase di raffreddamento dopo la sua formazione. Questa condizione, unita alla vicinanza della stella (63,4 anni luce), rende il sistema di β Pictoris un laboratorio naturale quasi unico in cui gli astronomi possono appendere i segreti della formazione planetaria quasi in tempo reale.
Secondo il nuovo studio, il pianeta orbiterebbe attorno alla sua stella in 17-21 anni terrestri. Un transito del pianeta sulla sua stella si sarebbe verificato nel 1981: se fosse confermato, il raggio del pianeta risulterebbe pari a 2-4 volte quello di Giove e quindi minore di quanto atteso dai modelli teorici. Questa discrepanza potrebbe essere spiegata con la presenza di un sistema di anelli o di una o più lune in formazione attorno al pianeta.

Il Gemini Planet Imager ha permesso di ottenere una nitidissima immagine del pianeta in meno di un minuto, grazie all'incredibile sensibilità e capacità di contrasto (superiore di un fattore 10 rispetto alla migliore camera al mondo) e all'interfaccia con il sistema di ottiche adattive all'avanguardia implementato sul telescopio da 8 metri Gemini South.

Recentissimamente  β Pictoris b è stato studiato approfonditamente dal VLT che è riuscito per la prima volta a calcolare la velocità di rotazione di un mondo alieno.

Grazie agli ultimi approfonditi studi sull'orbita del pianeta gli astronomi sono stati in grado di stabilire che verso la fine del 2017 potrebbe esserci una piccola probabilità di transito (4%) di fronte alla sua stella: un'occasione da non perdere che ci permetterebbe di calcolare con precisione le dimensioni del pianeta e studiare in dettaglio la composizione chimica della sua atmosfera.

GEMINI PLANET IMAGER: VISTA ACUTA ED E' SUBITO MAGIA.

Oggi conosciamo oltre 1000 pianeti extrasolari e altre migliaia sono in attesa di essere confermati. Di quelli noti, una piccolissima percentuale è stata fotografata direttamente tra mille difficoltà ed a bassissima risoluzione. 

Entra ora in gioco una nuova meraviglia dell'ingegno umano: la Gemini Planet Imager (GPI). Si tratta di uno strumento grosso come un'utilitaria che sfrutta quanto di più avanzato oggi è stato creato per la ricerca dei pianeti extrasolari: un telescopio da 8 metri, ottiche adattive, puntamento laser, un avanzatissimo coronografo ed uno spettrografo.

La GPI è accoppiata al Telescopio Gemini South: un telescopio da 8 metri di apertura posto in Cile.

Le ottiche adattive sono costituite da specchi che si deformano all'occorrenza per contrastare all'istante la distorsione dell'immagine generata dalla turbolenza atmosferica. Le più potenti ottiche adattive correggono l'immagine centinaia di volte al secondo. Il risultato è una straordinaria nitidezza delle immagini, paragonabile quasi all'immagine acquisita dallo spazio, senza l'interferenza dell'atmosfera terrestre.

Il puntamento laser fa da guida alle ottiche adattive: il fascio proiettato in cielo dal telescopio analizza gli strati turbolenti dell'atmosfera comunicando la correzione alle ottiche adattive. Inoltre migliora notevolmente la precisione nel puntamento dello strumento.

Il coronografo è uno strumento che per decenni è stato utilizzato su un'unica stella con pianeti: il Sole. Oggi il nostro Sole è solo uno tra le migliaia di soli noti e lo strumento è stato adattato e migliorato per schermare la luce di quelle stelle e permettere così il rilevamento della preziosa luce proveniente dagli esopianeti. Infatti la luce stellare è milioni o miliardi di volte più intensa di quella emessa ( o riflessa) dai pianeti, rendendo arduo l'isolamento del loro segnale. Oggi coronografi avanzati come quello del Gemini sono in grado di isolare quella luce con relativa facilità.

Lo spettrografo del Gemini Telescope, di indicibile sensibilità, riceve la luce del pianeta e la analizza per caratterizzarne l'atmosfera, la composizione, la temperatura ed una miriade si altre proprietà chimico fisiche.
Tutti questi strumenti assieme hanno avuto recentissimamente l'occasione di lavorare assieme generando una prima luce che passerà alla storia. Oggi il 'metodo di caccia' più proficuo è il metodo del transito (che necessita però di un allineamento tra il piano orbitale degli esopianeti e la nostra linea di vista, fatto che genera un passaggio del pianeta di fronte alla sua stella), seguito da altri come 'microlensing gravitazionale' e 'varazione del tempo di emissione di una pulsar' (ed altri ancora). Ma la vera sfida del futuro sarà fotografare direttamente questi pianeti con quanto più dettaglio possibile. Il risultato ottenuto dalla GPI è sicuramente un passo deciso in quel senso, essendo nell'insieme almeno 8 volte più sensibile dei più avanzati sensori oggi disponibili. Guardate il dettaglio: sulla sinistra la foto composita di Europa presa da 3 sonde spaziali (Galileo, Voyager 1 e 2) comparata con ciò che può fare la GPI dalla Terra, a destra.

Gli oggetti scelti per la prima luce del nuovo strumento sono due vecchie conoscenze : il pianeta Beta Pictoris b e il disco di polveri attorno alla stella HR 4796A. 

Grazie all'osservazione nel vicino infrarosso, nonostante il denso disco di polveri orbitante attorno alla giovane stella, è stato possibile isolare l'emissione termica del pianeta. L'emissione è il calore residuo emesso dal processo di formazione, quasi sicuramente ancora in corso.

Ecco il disco di polveri illuminato dalla 

luce della giovane stella HR 4796A.

Gli astronomi ritengono che il disco 

illuminato sia composto da asteroidi e 

comete allontanati verso le zone periferiche del disco a seguito di un processo di formazione planetaria in atto o già concluso.

L'immagine sulla sinistra mostra la visione del sistema il luce infrarossa normale, includendo quindi il disco di polveri e la luce stellare diffusa dalla turbolenza terrestre. L'immagine sulla destra mostra invece la medesima scena solamente in luce polarizzata.

La GPI sarà sicuramente uno di quegli strumenti che rivoluzionerà la caratterizzazione dei pianeti extrasolari del futuro.

http://planetimager.org/