STELLE LONTANE PER RACCONTARE UNA STELLA VICINA

HD 107146 è una stella di magnitudine visuale 7 posta a circa 90 anni luce da noi, in direzione della costellazione della

Chioma di Berenice. Si tratta di una stella gemella del Sole ma con un'età compresa tra 80-120 milioni di anni, dunque molto più giovane del nostro astro.

Il tipico eccesso di segnale nell'infrarosso ha permesso di svelare nel 2003 il disco di polveri e detriti che circonda la stella, orientato perpendicolarmente alla nostra linea di vista. Si trattava all'epoca della prima struttura del genere scoperta attorno ad una stella identica al Sole. L'anno successivo le osservazioni sono state confermate da Hubble.

Compiendo osservazioni nelle lunghezze d'onda submillimetriche e del lontano infrarosso, gli astronomi hanno dedotto che il disco ha una temperatura di circa -222°C ed una massa pari a un decimo di quella terrestre. Da successive osservazioni si è dedotto anche che il disco deve essere composto da grani piccoli.

Tutta la struttura si estende per 210 x 300 UA.
Lo studio di questa cintura di polveri e detriti attorno alla giovane stella è molto importante per almeno due motivi: per comprendere in termini generali l'evoluzione delle fasce di asteroidi e per sfruttare questa finestra sull'infanzia del nostro Sole. 

Durante il suo orbitare attorno al centro della Via Lattea, HD 107146 si è trovata a transitare su di una galassia lontana posta sullo sfondo.
Esattamente come si fa per studiare le atmosfere dei pianeti extrasolari transitanti, ovvero attendendo che il pianeta si trovi in controluce per poter analizzare la luce stellare rifratta dall'involucro di gas, questa volta la galassia sullo sfondo fornirà la luce che verrà analizzata dopo il passaggio attraverso il disco di polveri della stella. E' una configurazione molto particolare ma che potrà raccontarci molto sulla struttura, sulla composizione e sulla densità di questo disco.
La galassia che sta per essere oscurata è nota da almeno 14 anni, ma fino al 2020 non verrà completamente eclissata dal disco di polveri della stella. Eppure, già da ora, ogni momento è buono per compiere osservazioni ed imparare qualcosa di nuovo sulle porzioni esterne di questo disco.

DIMENSIONI REALI ED APPARENTI DEI PIANETI EXTRASOLARI

Per comprendere quanto sia difficile caratterizzare un pianeta extrasolare, osservandone e studiandone ad esempio l'atmosfera, è utile parlare delle dimensioni e delle distanze in gioco. 

Oggi, con un telescopio amatoriale da almeno 25 cm corredato da una buona camera CCD e qualche filtro, è possibile studiare in dettaglio l'atmosfera di Venere, quella Marte, Giove e Saturno. Bisogna considerare però che questi pianeti fanno parte del nostro sistema solare e distano da noi tra le decine di milioni ed il miliardo e mezzo di km: nulla dal punto di vista astronomico. 

Infatti, per quanto un bel cielo terso ci appaia trapuntato di stelle, tra i singoli astri ci sono mediamente svariati anni luce di distanza. Infine dobbiamo considerare che, grazie alla loro vicinanza, distinguiamo nettamente le dimensioni apparenti dei suddetti pianeti e del Sole .

Ma cosa succede se vogliamo compiere studi analoghi su pianeti che orbitano attorno ad altre stelle? 

Vediamo un paio di esempi numerici per avere un'idea di cosa c'è in gioco. 

Da Terra, durante un transito sul disco solare, è possibile osservare "in controluce" lo spessore dell'atmosfera di Venere. Stiamo parlando di uno spessore di circa 80 km osservato da una distanza di poco più di 40 milioni di km, equivalente in rapporto ad un duemilionesimo della distanza tra la Terra e Venere. Ipotizziamo ora che l'esopianeta di tipo terrestre Tau Ceti e, distante solamente 12 anni luce dalla Terra, possieda un'atmosfera spessa almeno 80 km. In questo caso la distanza che separa il nostro pianeta da Tau Ceti e equivale a ben 113528765670960 km (113 mila miliardi di km): lo spessore dell'atmosfera visto da Terra equivarrebbe ad appena 0,0007 miliardesimi della distanza. Insomma, sarebbe come apprezzare lo spessore di un capello da 140 miliardi di km!

Sembra incredibile, ma i più avanzati telescopi attualmente disponibili sono in grado di compiere studi sulle atmosfere di questi mondi lontani. Pur trattandosi di studi ancora primitivi e a bassissima risoluzione, l'imprecisione derivante dai grossi errori che caratterizzano la stima delle dimensioni degli esopianeti e delle loro atmosfere comincia già a farsi sentire. Per ovviare, si mettono a punto procedure sempre più precise e sempre più efficienti soprattutto in vista della nuova generazione di telescopi che nei prossimi anni scriverà nuovi affascinanti capitoli sulla caccia agli esopianeti.

Un team di astronomi dell'Istituto di Ricerche Spaziali dell'Accademia Austriaca delle Scienze, utilizzando il telescopio spaziale CoRoT dell'ESA, ha studiato l'atmosfera delle due superterre CoRoT 24b e CoRoT 24c, distanti 1957 anni luce. Si tratta di due mondi che orbitano attorno alla medesima stella rispettivamente in 5 e 12 giorni e posseggono una massa pari a 4 e 5 volte quella della Terra.

Il più esterno e massiccio, CoRoT 24c, somiglierebbe a Nettuno, mentre quello interno appare molto meno denso, se si considerano le dimensioni simili e la massa quattro volte inferiore.

Per questi due mondi il problema è rappresentato dall'orbita estremamente corta che li vincola ad una distanza molto ridotta dalla loro stella. Gli astronomi hanno calcolato che, se il pianeta meno denso è effettivamente grande come sembra, la sua atmosfera è destinata ad evaporare nello spazio in appena 100 milioni di anni. La stella però ha un età di alcuni miliardi di anni e in queste condizioni il pianeta avrebbe dovuto per perdere l'atmosfera già molto tempo fa. 

Ulteriori studi evidenziano come il pianeta in realtà sia differente da quanto apparso: possiederebbe una atmosfera  tenue ma estesa che circonda un pianeta roccioso compatto di dimensioni reali pari alla metà di quelle stimate in precedenza.

L'errata stima del raggio planetario, ricavato dalle misurazioni effettuate durante la fase di transito sul disco stellare, deriverebbe dall'interferenza generata da strutture poste in alta atmosfera, assimilabili ad importanti velature e nuvolosità presenti in aree di bassa pressione.

Questo studio ha importantissime implicazioni sulla caratterizzazione dei pianeti di piccola massa: sono moltissimi i casi in cui c'è grande incertezza sulle dimensioni reali di un esopianeta e sulla struttura della sua atmosfera. Il team si augura che questo studio aiuti a risolvere le incertezze sui pianeti già noti e rappresenti un monito per una stima più accurata sui nuovi pianeti che verranno scoperti in futuro.

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SCOPERTO UN NUOVO PIANETA CON DUE SOLI

Un sistema affascinante quello di Kepler-453b: un pianeta massiccio attorno ad una coppia di soli.
Si tratta del decimo sistema circumbinario confermato.
Proprio questa caratteristica ha fatto si che la sua scoperta sia stata un vero e proprio colpo di fortuna. L'influenza gravitazionale di due stelle ha delle ripercussioni sulla strana orbita di questo mondo, tanto che se si fosse osservato appena prima o subito dopo, gli astronomi non avrebbero visto alcun pianeta attorno a quel sistema binario; il motivo risiede nella strana orbita del pianeta che lo porta a transitare di fronte alla coppia di stelle solamente nell'8% dei casi a causa del periodo di precessione di 103 anni. Se gli astronomi avessero mancato questa ridotta finestra temporale, la prossima sarebbe stata nel 2066!

Osservato per la prima volta col metodo del transito, durante il passaggio sul disco delle sue stelle il mondo in questione blocca il 5% della luce emessa dagli astri ed il suo raggio è stato stimato in 6,2 volte quello della Terra... il 60% più grande di Nettuno.
Tali dimensioni fanno ipotizzare che si tratti con ogni probabilità di un mondo gassoso, ma le sorprese non finiscono qui.
Il pianeta risiede all'interno della zona abitabile del sistema e, anche se non possiede una superficie solida per ospitare la vita come sulla Terra, potrebbe possedere un sistema di lune che invece potrebbero presentare le condizioni adatte.
Se potessimo teletrasportarci su una sua ipotetica luna osserveremmo un cielo con due soli, una situazione del tutto simile a quella osservata nell'universo fantascientifico di Star Wars da Luke Skywalker su Tatooine.
Considerando che la maggioranza delle stelle sono legate in sistemi doppi o multipli e la quantità di pianeti che si stima ci siano anche solo nella nostra galassia, il numero di questi pianeti 'circumbinari' potrebbe essere elevatissimo...

L'anno di Kepler-453b dura circa 240,5 giorni terrestri e a loro volta la coppia di soli orbita attorno al comune centro di massa in 27,3 giorni, il primo di dimensioni pari al 94% del nostro Sole ed il secondo grande solo il 20%.
Non è stato possibile calcolare la massa del pianeta ma si ipotizza, viste le dimensioni, che la massa non superi le 16 masse terrestri.
Il sistema, vecchio di 1-2 miliardi di anni, dista 1400 anni luce in direzione della costellazione della Lira.




Animazione della curva di luce
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MISURATA LA MASSA DI UN ESOPIANETA GRANDE COME MARTE

L'esopianeta Kepler-138b rimarrà nella storia in quanto è il primo esopianeta più piccolo della Terra di cui è stata misurata la massa.
Fino a pochi anni fa misurare la massa di tali pianeti era semplicemente fantascienza, mentre oggi si conoscono le masse di molti (anche se pochi rispetto al totale) pianeti extrasolari e diversi metodi per raggiungere questo risultato.
Generalmente, per calcolare la massa di un esopianeta si misurano i minuscoli spostamenti subiti dalla stella a causa della presenza del pianeta che le orbita attorno: questo metodo funziona bene per i pianeti giganti che hanno una certa influenza gravitazionale sulla loro stella. Ma per i pianeti di taglia terrestre o per quelli ancora più piccoli? Tale spostamento risulta davvero difficile da misurare dalla Terra in quanto estremamente ridotto.
Ma gli astronomi hanno elaborato nuovi ed ingegnosi metodi per giungere al medesimo risultato.

Quello che ha portato a questa importante scoperta sfrutta la presenza di altri pianeti all'interno dello stesso sistema planetario ed il metodo del transito.
Il sistema in orbita attorno a Kepler-138 si trova a 200 anni luce di distanza in direzione della costellazione della Lira; la stella possiede una massa pari al 40% di quella del Sole e una temperatura superficiale di circa 3800°C.
Kepler-138b è il più interno dei pianeti del sistema; gli altri due, Kepler-138c e Kepler-138d sono di taglia terrestre anche se dai dati della loro densità si evince che il primo è roccioso come la Terra ed il secondo è meno denso.
Tutti e tre i pianeti orbitano troppo vicini alla stella per ospitare la vita come la conosciamo noi.
Ma vediamo come si è giunti alla scoperta.
Sono stati osservati con estrema precisione i transiti di tutti e tre i pianeti noti del sistema di fronte alla loro stella Kepler-138. Durante il transito (ed in generale durante l'intera orbita) ogni pianeta accelera e decelera sotto l'effetto della presenza degli altri pianeti nel sistema e questa situazione provoca piccolissimi anticipi o ritardi nei transiti successivi. Da queste minuscole discrepanze misurabili in decine di minuti ( tecnicamente: TTV, Transit Timing Variations ) è stato possibile calcolare la massa dei pianeti.
Inoltre, dalla quantità di luce stellare schermata dal pianeta durante il transito, Kepler è in grado di determinare le dimensioni del pianeta.
Avendo la massa (0,066 masse terrestri) e la dimensione del pianeta (0,522 raggi terrestri), attraverso un semplice calcolo si giunge alla densità: circa 2,6 grammi per centimetro cubo.
La densità di un pianeta ci dice moltissimo sulla sua struttura e sulla sua composizione: Kepler-138b pare sia costituito principalmente da roccia come la Terra e Marte.
Per dimensioni e densità Kepler-138b ha molto in comune con il nostro Marte; ma le somiglianze finiscono qui in quanto l'esopianeta orbita vicinissimo alla sua stella ed il suo anno dura appena 10 giorni terrestri!

KEPLER: NUOVA VITA E... NUOVO PIANETA!

Il 15 maggio 2013 la NASA annunciò un guasto al giroscopio n°4 del telescopio spaziale Kepler, seguito a quello del luglio 2012 al giroscopio n°2; un danno tale da compromettere la capacità di puntamento del telescopio e dunque l'intera attività di ricerca. Si trattò di una pessima notizia per il telescopio Kepler che aveva sino ad allora scoperto migliaia di mondi in una porzione relativamente piccola di cielo e rivoluzionato la nostra concezione del cosmo in materia di sistemi planetari. Una volta compresa a fondo l'entità del danno, la missione di Kepler sembrò irrecuperabile tanto che cessarono addirittura gli studi per tentarne il recupero. Ma l'incredibile lavoro svolto dal team di Kepler e dalla NASA in generale riuscì, contro ogni probabilità, a dare nuova vita al telescopio con la sua "second light", ovvero la nuova missione estesa denominata K2. A partire dal 18 novembre 2013, sfruttando le potenzialità dei due giroscopi ancora perfettamente
funzionanti, Kepler ha concentrato il suo interesse sullo studio di oggetti del sistema solare, sulla ricerca di supernovae e.... sulla ricerca di pianeti di piccola taglia attorno alle nane rosse, in particolare quelli inclusi nella zona di abitabilità della loro stella.
Prima della missione K2, appena stabilizzato dopo la perdita del secondo giroscopio, Kepler lavorava con una precisione fotometrica di 300 parti per milione (ppm), assai inferiore alle 20 parti per milione che possedeva durante la piena operatività. La prospettiva della nuova missione estesa generò soluzioni frutto di un incredibile lavoro ingegneristico: si riuscì a portare Kepler (dotato di soli 2 giroscopi funzionanti e sottoposto agli scossoni della pressione della radiazione solare) alla precisione fotometrica di 44 ppm su una stella di 12 magnitudine sottoposta a 6,5 ore di integrazione. Sostanzialmente si è riusciti a riportare Kepler alla precisione posseduta dal telescopio prima dell'ultimo guasto, come se avesse ancora 3 giroscopi funzionanti. Durante la prima campagna osservativa di K2 il telescopio ha osservato in dettaglio una regione di cielo compresa tra la costellazione della Vergine e quella del Leone, mentre nella campagna 2 attualmente in corso il campo osservato comprende la testa dello Scoprione. Questa zona include anche i due ammassi globulari M4 e M80.

E proprio durante le osservazioni-test per la missione K2, svoltesi nel febbraio 2014, Kepler osservò un transito planetario sulla stella HIP116454, il primo della nuova vita del telescopio.
Si tratta di una stella arancione poco più piccola del Sole, posta a 180 anni luce da noi nella costellazione dei Pesci. Un sistema sofisticatissimo di compensazione della deriva del telescopio ha permesso di riconoscere il transito nei dati raccolti, evidenziandolo dal rumore di fondo. La conferma finale è stata però opera di HARPS-N, l'ultrasensibile spettrografo montato sul Telescopio Nazionale Galileo. Grazie alle sue sessioni osservative condotte in vari periodi del 2014 è stato possibile caratterizzare il pianeta.
HIP116454b è una superterra di 32200 km di diametro ( 2,5 volte la Terra ) con una massa 12 volte quella del nostro pianeta. Una così elevata densità fa ipotizzare che questo mondo sia un pianeta oceano o un piccolo pianeta nettuniano con un'estesa atmosfera gassosa. La temperatura planetaria è di poco inferiore ai 400°C. Orbitando a 13,5 milioni di km da suo astro (1/11 della distanza Terra-Sole), l'anno di questo pianeta dura solo 9,1 giorni terrestri.

Si tratta di un nuovo grande risultato collezionato da Kepler, acciaccato ma tutt'altro che spacciato, ed un grandissimo lavoro svolto dal team di ingegneri ed astronomi che seguono la sua missione. 

OSSERVARE PICCOLI ESOPIANETI CON TELESCOPI TERRESTRI

La tecnologia su cui possono contare oggi i maggiori telescopi terrestri è al limite della fantascienza, tanto che spesso dalla superficie del nostro pianeta si compiono osservazioni tanto accurate da risultare impossibili anche per i telescopi spaziali attualmente in orbita.
Tra queste incredibili osservazioni vale la pena citare l'ultima riguardante un pianeta di tipo terrestre orbitante attorno ad una stella vicina: 55 Cancri e.
Ad oggi il 99,9% dei quasi 1900 pianeti extrasolari confermati ( e degli oltre 4000 candidati ) è stato scoperto e ripetutamente osservato dallo spazio, luogo privilegiato in cui non ci sono interferenze atmosferiche. Talvolta sono state compiute osservazioni e scoperte dalla superficie terrestre ma ciò risulta assai difficoltoso ed i risultati ottenuti da terra nell'ambito della scoperta e dello studio dei pianeti extrasolari non possono in alcun modo rivaleggiare con quelli ottenuti dallo spazio... almeno fino ad oggi.
Il Nordic Optical Telescope da 2,5 metri ( posto alle Canarie ) è stato infatti sfruttato al massimo per osservare il transito del pianeta 55 Cnc e di fronte alla sua stella. Grazie ad ottiche adattive di ultimissima generazione, detector ultrasensibili e ad altissimo guadagno, il 'piccolo' telescopio è riuscito nell'intento creando questo importantissimo precedente. Va detto però che questa osservazione arriva seconda: il primo transito di un pianeta extrasolare di taglia terrestre osservato da Terra fu quello di GJ 1214b.

55 Cancri e, eclissando la sua stella per due ore ad ogni transito, causa una diminuzione di luminosità dell'astro dello 0.05%, abbastanza per essere rilevato dal telescopio a terra.
L'anno di questo pianeta, il più interno tra i 5 presenti attorno alla stella 55 Cancri, dura 18 ore terrestri. Le sue dimensioni sono circa il doppio di quelle della Terra, ma la sua massa è 8 volte maggiore.

Se oggi è possibile osservare pianeti extrasolari di piccola taglia dalla superficie con telescopi di media apertura, possiamo immaginare facilmente le potenzialità dell'E-ELT in fase di costruzione. Coi suoi 40 metri ed un corredo tecnologico all'avanguardia aprirà senza ombra di dubbio una nuova pagina nell'esplorazione degli esopianeti, rivaleggiando con i telescopi spaziali di prossima generazione come PLATO, TESS, JWST ed altri.