PDS 110 E I SATURNI EXTRASOLARI

Gli anelli attorno ai pianeti giganti gassosi del nostro sistema planetario hanno generato da sempre una grande meraviglia in chi li ha osservati.
Nel sistema solare il Signore degli Anelli per eccellenza è Saturno, eppure sistemi analoghi di anelli (sebbene più deboli e meno estesi) sono presenti attorno a Giove, Urano e Nettuno. 

Sembra incredibile ma recentemente sono stati scoperti almeno due anelli attorno all'asteroide 10199 Chariklo, grande appena 250 km, una scoperta tanto inaspettata quanto emozionante per chi viaggia con la fantasia.

Dunque gli anelli planetari sono molto comuni nel sistema solare e potrebbero esserlo anche quelli asteroidali.

Dopo aver scoperto migliaia di pianeti attorno ad altre stelle, viene naturale domandarsi se pianeti come il nostro Saturno siano comuni anche attorno ad altre stelle. A livello puramente statistico la risposta è certamente si: tra tutti questi pianeti extrasolari abbiamo classificato pianeti terrestri, pianeti gioviani, pianeti nettuniani, ed addirittura superterre, una tipologia di pianeta che nel nostro sistema è assente! Allora si è partiti alla ricerca di questi gemelli di Saturno, ma come fare? 

L'unico metodo conosciuto e utile allo scopo è quello del transito. Bisogna solo sperare che attorno a qualche stella osservabile dalla Terra, lungo la nostra stessa linea di vista, nell'esatto momento in cui osserviamo, un gemello di Saturno eclissi momentaneamente la sua stella.

Sembra un'impresa impossibile eppure migliaia di pianeti sono stati scoperti proprio così. 

Ma come fare a distinguere un pianeta gioviano da uno saturniano? Bisogna trovare un grosso sistema di anelli. 

Ed è proprio a questo punto che il metodo con cui è stato rilevato l'asteroide 10199 Chariklo fa scuola.

Si è atteso che l'asteroide transitasse di fronte ad una stella sullo sfondo, creando un vero e proprio eclisse. Se durante un evento di questo genere il nostro occhio rileva un momentaneo calo di luminosità (parziale o totale), i sensori applicati ad un telescopio rilevano una curva di luce. 

Una curva di luce non è altro che un grafico che mostra l'andamento della luminosità in funzione del tempo che passa. Se davanti ad una stella non transita nulla, a meno di fenomeni intrinseci dell'astro, la sua luminosità rimane costante nel tempo e la sua curva di luce apparirà come una retta parallela all'asse x del grafico; viceversa assisteremo ad un calo di luminosità proporzionale per durata ed entità alla dimensione dell'oggetto in transito. Quindi, nel caso dell'oggetto in transito, la curva di luce assumerà una caratteristica forma concava: la luminosità comincerà a calare nel momento in cui l'oggetto transita di fronte al disco stellare, raggiungerà un minimo quando l'oggetto sarà interposto tra noi osservatori e la stella, infine la luminosità tornerà ad aumentare fino ai livelli consueti alla fine del transito. La profondità della curva e la sua ampiezza sono proporzionali alla dimensione dell'oggetto ed alla durata del transito.

Torniamo agli anelli e a come scovarli con il metodo del transito. Un oggetto sferico e ben definito in transito produrrà una singola curva di luce dai contorni ben delineati. Ma se  l'oggetto in transito è dotato di anelli la sua curva di luce ne recherà i segni. Nei primi istanti del transito la luce stellare alle sue spalle non sarà affievolita immediatamente dal pianeta, bensì dalla porzione degli anelli che deborda dalla silhouette del pianeta, poi dal pianeta e nuovamente dagli anelli posti dal lato opposto. 

In una curva di luce tutto ciò si traduce in un primo calo di minore entità che anticipa il calo vero e proprio dovuto al pianeta, che a sua volta anticipa un secondo calo più debole. I due cali minori naturalmente saranno di pari entità ed equidistanti dal calo principale dovuto al pianeta. 

Questo è quanto è stato osservato durante il transito di Chariklo ed è quello che ci si aspetta dal transito di un Saturno extrasolare. 

Tra le migliaia di pianeti extrasolari noti, solamente due potrebbero essere dei gemelli di Saturno. 

Il primo, J1407b, è stato scoperto nel 2012, attorno ad una nana arancione a 434 a.l.,  e mostrerebbe queste caratteristiche ma è stato possibile effettuare una sola osservazione e la prossima potrebbe essere attorno al 2020. 

Il secondo orbita attorno alla stella PDS 110 ed ha una storia più travagliata. Alcuni anni fa gli astronomi del team WASP avevano notato quella che sembrava una strana nebbia attorno alla stella, ma nulla fu fatto per i successivi due anni, fino a quando si notò che altri e diversi strumenti avevano rilevato il medesimo segnale. A questo punto qualcosa doveva essere in orbita attorno alla stella PDS 110, qualcosa che affievoliva la sua luce per ben 25 giorni, un tempo molto più lungo di un normale transito planetario. 

Dal profilo della curva di luce gli astronomi hanno ipotizzato possa trattarsi di un gigante gassoso, di dimensioni superiori a quelle di Giove, con un sistema di anelli esteso per circa 50 milioni di km,

ovvero 200 volte quello di Saturno. Il pianeta si starebbe muovendo all'interno di un disco di gas e polveri costituito dal materiale avanzato dalla formazione stellare. La cosa interessante è che, a differenza della ampia orbita descritta da J1407b, il pianeta attorno a PDS 110 dovrebbe transitare nuovamente di fronte alla sua stella nel settembre di quest'anno. Un'orbita quindi molto più corta che permetterà agli astronomi, in collaborazione con una folta schiera di astrofili, di sapere con certezza se siamo di fronte ad un nuovo Saturno o meno. Infatti una o due osservazioni non bastano per essere certi di un transito: per fugare ogni dubbio servono almeno tre osservazioni che riportino tutte i medesimi risultati.

Altro aspetto interessante è la disposizione degli anelli: se quelli di Saturno sono adagiati sul piano orbitale del pianeta, quelli di PDS 110b potrebbero essere fortemente inclinati e quindi sporgere dal disco di gas e polveri che circonda la stella.  Se così fosse, ma non è affatto detto, potrebbero essere gravitazionalmente disturbati dalla presenza del materiale circumstellare, dando vita a forme inedite.

Va detto anche, per completezza, che quanto osservato potrebbe addirittura non essere affatto un pianeta con gli anelli, bensì un momentaneo accumulo di materiale nel disco che, perturbando con la sua massa il materiale circostante, lo innalza momentaneamente dal disco.

Ciò nonostante il team di scopritori si dice fortemente convinto che si tratti di un nuovo Saturno e che la prossima osservazione lo dimostrerà. In attesa di dati certi, l'immaginazione è già all'opera.

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NOVITA' GLACIALI PER TRAPPIST-1h

Grazie ai suoi 7 mondi, di cui 3 posti nella fascia abitabile, la scoperta del sistema planetario attorno alla stella TRAPPIST-1 ci ha fatto sognare. Ma siamo davvero solo all'inizio e molto resta ancora da scoprire e da comprendere.

Come giustamente diceva qualche sera fa un bravissimo conferenziere al Planetario di Milano, proprio parlando delle novità riguardanti questo sistema, non bisogna mai fermarsi ai momenti euforici dell'annuncio pubblico di una scoperta! I dati che ci permettono davvero di avere un quadro il più possibile completo e veritiero di ciò che osserviamo vengono studiati e pubblicati continuamente anche e soprattutto dopo l'annuncio giornalistico. 

E il caso di TRAPPIST-1 non fa certo eccezione! Dopo gli aggiornamenti degli scorsi articoli, in questo parleremo del mondo più lontano e sconosciuto tra i 7: TRAPPIST-1h. 

Un team di astronomi delle Università di Washington e Berna si è concentrato sul pianeta osservandolo per ben 60 ore consecutive con l'obiettivo di determinare con certezza i suoi parametri orbitali, precedentemente assai poco noti.

Già in precedenza avevamo accennato all'estrema vicinanza dei pianeti tra di loro ed alle possibili risonanze orbitali che questa vicinanza genererebbe. E proprio come accade nel sistema solare le risonanze stabilizzano e circolarizzano le orbite evitando scontri o espulsioni dall'orbita. 

Più tecnicamente: i periodi di rivoluzione attorno alla stella sono in rapporto fra loro secondo frazioni di numeri interi.

I sensori di del telescopio spaziale Kepler si sono occupati della raccolta dei dati necessari. Evidenziando e confermando le risonanze orbitali tra i 6 pianeti interni, calcolare i parametri orbitali del pianeta h è stato più semplice. Si è visto infatti che ogni due rivoluzioni di h, g ed f ne completano rispettivamente 3 e 4. Le osservazioni hanno confermato la teoria. Sapendo questo è stato quindi possibile calcolare il periodo di rivoluzione di h in 18 giorni, 18 ore, 20 minuti e 10 secondi.

Ma le scoperte non si sono fermate alla sola durata dell'anno di TRAPPIST-1h.

E' stato possibile stimare la temperatura di equilibrio del pianeta, risultata essere di -104°C (169 K), ed il raggio di poco inferiore a quello terrestre (0.727 R⊕).

Considerando la radiazione stellare incidente sul pianeta si è visto che essa risulta insufficiente per mantenere acqua liquida in superficie, ma sarebbe possibile un oceano di acqua liquida sotto uno strato di ghiaccio superficiale. Lo spessore di tale strato dipende dal calore sviluppato dall'interno del pianeta ma potrebbe ragionevolmente essere dell'ordine dei 3 km. 

Va detto che alcuni modelli che prevedono un'atmosfera ricca di idrogeno, azoto ed anidride carbonica, genererebbero un effetto serra sufficiente a mantenere dell'acqua liquida in superficie.

Considerando il raggio e le possibili composizioni del pianeta, la massa di h sarebbe compresa tra e 0.067–0.863 M⊕; per una composizione terrestre il pianeta presenterebbe una massa di 0.33 M⊕. 

C'è stato anche spazio per alcune novità provenienti dalla stella: il suo periodo di rotazione pari a 3.3 giorni ed un'età maggiore dei 500 milioni di anni precedentemente attribuiti. Quest'ultimo dato è stato rivisto considerando l'attività stellare, risultata minore del previsto. A differenza di molte altre nane rosse che illuminano altri sistemi planetari, TRAPPIST-1 risulta stabile e dall'attività non violenta, sebbene siano stati rilevati alcuni flare a bassa energia.

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UN'ALTRA SUPERTERRA VICINA

Se consideriamo le migliaia di pianeti extrasolari che conosciamo oggi, ci viene da sorridere pensando che solamente 30 anni fa gli unici pianeti noti nell'intero universo erano quelli del nostro sistema solare. 

La crescita ormai esponenziale del numero di scoperte di nuovi pianeti va di pari passo con l'avanzamento tecnologico che ci permette di osservare sempre più in dettaglio.

Di questa felice tendenza è testimone l'ultima scoperta, che ci fa conoscere una superterra ad appena 21.2 anni luce dal nostro sistema solare, un nulla in termini astronomici. Un mondo speciale che, con ulteriori studi ed osservazioni, potrebbe riservare anche qualche sorpresa. 

Poichè il piano orbitale del pianeta attorno alla sua stella non coincide con la nostra linea di vista, il pianeta non si trova a transitare di fronte alla sua stella come la maggior parte dei pianeti extrasolari che conosciamo oggi, dunque per scoprirlo e studiarlo è inutile il metodo del transito. Fondamentale invece per scovarlo è stato il metodo della velocità radiale, che evidenzia la perturbazione gravitazionale prodotta dalla presenza dell'invisibile pianeta sulla sua stella. 

C'è tanta Italia in questa scoperta, effettuata con il nostro Telescopio Nazionale Galileo (TNG) alle Canarie che monta HARPS-N, uno degli spettrometri più sensibili al mondo e veterano come scopritore di nuovi mondi.

Il nuovo pianeta, battezzato GJ 625b (o Gliese 625b), è un mondo roccioso posto al limite della fascia di abitabilità della sua stella. Con la sua massa pari a 2.8 volte quella del nostro pianeta, il nuovo mondo rientra nella ormai numerosa classe delle superterre.

La sua stella, GJ 625 (o Gliese 625, mv:+10.2 nel Drago), è una nana rossa ed è stata osservata per ben 3 anni dagli astronomi, proprio per evidenziare la presenza di anomalie gravitazionali (anomalie nella velocità radiale) che indicassero la presenza di uno o più pianeti in orbita. Grazie a 151 spettri raccolti da HARPS-N si è potuto stimare il periodo orbitale, pari a 14 giorni. Il pianeta ruota a 0.08 UA dal suo sole.

Come accennato, il pianeta si trova a ridosso del limite interno della fascia di abitabilità della sua stella e quindi potrebbe ospitare acqua liquida in superficie, ma molto dipende dalla sua atmosfera e dal suo periodo di rotazione. Entrambi i fattori giocano un ruolo chiave nel determinare la temperatura superficiale del pianeta ed in ultima istanza la sua possibile abitabilità.

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