Terra in vista. Anzi, diciassette

Se, visto dalla Terra, un pianeta passa davanti alla sua stella, quindi effettua un cosiddetto transito, diminuisce la luce che di questa si misura. Queste variazioni vengono sfruttate per identificare esopianeti. Il nuovo algoritmo di Heller, Rodenbeck e Hippke, a differenza di quelli precedenti, non ricerca bruschi cali di luminosità (linea tratteggiata) bensì una sequenza più graduale di attenuazione e risalita (linea continua). Crediti: Nasa/Sdo (Sole), Mps/René Heller

Un gruppo di ricerca formato da astronomi del Max Planck Institute for Solar System Research (Mps), della Georg August University di Göttingen e del Sonneberg Observatory ha scoperto 17 nuovi esopianeti di dimensioni terrestri precedentemente sfuggiti alla ricerca. I loro risultati sono pubblicati nella rivista Astronomy & Astrophysics. La scoperta è stata possibile grazie a un nuovo algoritmo, sviluppato dagli stessi ricercatori, con il quale hanno analizzato i dati riguardanti 517 stelle osservate dal telescopio spaziale Kepler della Nasa – stelle attorno alle quali erano già stati trovati altri pianeti.

La novità non sta dunque nei dati, ma nel metodo di analisi. 

I nuovi pianeti scoperti hanno un raggio che va da circa il 70 per cento a poco più del doppio di quello della Terra. Un risultato notevole, se si considera l’intrinseca difficoltà di rilevare esopianeti di tipo terrestre, quindi di dimensioni ridotte.

Tra i vari metodi per rilevare esopianeti, uno è quello che sfrutta i transiti del pianeta davanti alla sua stella: si registra la variazione della luminosità di una stella (la sua “curva di luce”) e si controlla se qualche diminuzione periodica di luminosità può essere dovuta a un pianeta che le orbita attorno. Trattandosi di una vera e propria “eclissi parziale”, è relativamente più facile osservare la variazione nella curva di luce di una stella con un pianeta di grandi dimensioni – dunque in grado di oscurare, a parità di distanza e posizione sulla linea di vista, una più ampia porzione della stella – rispetto alla variazione dovuta al transito di un piccolo pianeta di tipo terrestre, talmente bassa da essere spesso confusa con variazioni in luminosità fisiologiche della stella o con l’ineliminabile rumore presente in tutte le osservazioni.

«Gli algoritmi di ricerca standard tentano di identificare bruschi cali di luminosità», spiega René Heller del Mps, primo autore della pubblicazione. «In realtà, però, il disco stellare appare leggermente più scuro sul bordo rispetto al centro. Ecco dunque che, quando un pianeta passa davanti alla propria stella, nella fase iniziale blocca meno luce stellare rispetto a quando si trova a metà del transito. Il massimo oscuramento della stella si verifica al centro del transito, poco prima che la stella diventi gradualmente più luminosa».

Il lavoro di Heller e colleghi dimostra che, prendendo in considerazione profili di curve di luce più realistici, che tengano conto di variazioni di luce di lieve entità e non brusche, è possibile distinguere anche pianeti di piccole dimensioni.

Quasi tutti i 17 nuovi pianeti scoperti orbitano vicinissimo alla propria stella, quindi hanno temperature troppo alte per viverci: temperature superiori ai 100 gradi centigradi, alcuni anche oltre i 1000 gradi. Quasi tutti tranne uno, che si trova invece nella fascia di abitabilità attorno alla sua nana rossa. Si trova cioè alla giusta distanza – quindi presenta la giusta temperatura – per avere acqua liquida sulla superficie: uno fra criteri ritenuti fondamentali per ospitare la vita, almeno per come la conosciamo sulla Terra.

Ed è proprio questo un limite delle nuove osservazioni: hanno rivelato pianeti vicinissimi alla propria stella, ma – confermano gli autori dello studio – potrebbero esserne sfuggiti altri di tipo terrestre che orbitano a maggiore distanza. Pianeti più distanti dalla propria stella impiegano, infatti, più tempo per completare l’orbita, e quindi per far registrare quella variazione della curva di luce tanto ricercata.

Il risultato è comunque notevole: finora Heller e colleghi hanno esaminato solo poco più di cinquecento stelle, ma la missione Kepler ha dati per centinaia di migliaia di stelle. I ricercatori si aspettano di scovare almeno un altro centinaio di esopianeti di dimensioni terrestri finora sfuggiti agli algoritmi tradizionali.

«Questo nuovo metodo è anche particolarmente utile per preparare la prossima missione Plato (Planetary Transits and Oscillations of stars), che sarà lanciata nel 2026 dall’Agenzia spaziale europea», ricorda Laurent Gizon, managing director del Mps. Plato andrà a caccia di nuovi esopianeti, specializzandosi proprio su pianeti di tipo terrestre attorno a stelle di tipo solare: il giusto campo nel quale testare nuovi algoritmi di rilevazione.

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Lo strano caso di Koi 4, primo pianeta di Kepler

Rappresentazione artistica del sistema Kepler-1658, con il pianeta in primo piano e la stella sul fondo. rediti: Gabriel Perez Diaz / Instituto de Astrofísica de Canarias

Le prime impressioni contano. Così è stato, almeno per Koi 4 (dove Koi sta per Kepler Object of Interest), candidato esopianeta che dopo dieci anni ha finalmente confermato i sospetti e ha potuto cambiare nome in Kepler-1658 b. Lo studio che ne ha decretato l’abilitazione – tramite la rianalisi dei dati esistenti – è stato condotto dalla ricercatrice Ashley Chontos della University of Hawaii, ed è stato simpaticamente intitolato “Lo strano caso di Koi 4: Confermata la prima rivelazione di un esopianeta da parte di Kepler.

Lanciato quasi dieci anni fa, il telescopio spaziale Kepler ha il compito, all’interno dell’omonima missione Nasa, di monitorare una porzione molto precisa di cielo: un quadrato di circa dieci gradi di lato – una ventina di lune affiancate, o, se volete, la dimensione del vostro pugno puntato verso il cielo – tra le costellazioni della Lira e del Cigno. Grazie ad un fotometro da 95 megapixel composto da 42 sensori, Kepler è in grado di osservare costantemente circa 150mila stelle alla ricerca di esopianeti, ovvero pianeti orbitanti intorno a stelle altre rispetto al Sole. Il fotometro di cui è dotato Kepler non è esattamente una fotocamera, perché, grazie anche a una sfocatura intenzionale, non cerca di carpire immagini di stelle ma si limita a misurarne la luminosità e le relative variazioni dovute al transito dei pianeti, ovvero al loro passaggio tra la stella e il telescopio. Grazie a questa tecnica, gli esopianeti finora scoperti e/o confermati da Kepler sono alcune migliaia, in continuo aggiornamento.

L’individuazione di così tanti esopianeti non deve, tuttavia, indurci a pensare che questo tipo di ricerca sia un gioco da ragazzi, completamente automatizzato e avulso da una meticolosa e appassionante ricerca da parte degli scienziati planetologi. Le variazioni di luminosità registrate dai sensori possono infatti avere varie motivazioni, sia astronomiche – ad esempio la presenza di macchie stellari, analoghe a quelle solari ma enormemente più grandi, altrimenti non sarebbero osservabili – che tecnologiche, dovute ad esempio all’elettronica stessa dei sensori che genera nei pixel un rumore talvolta indistinguibile dalle onde elettromagnetiche provenienti dalle stelle. Un po’ come succede, mutatis mutandis, ai sensori fotografici con le lunghe esposizioni notturne: molti punti luminosi che sembrano stelle compaiono letteralmente dal nulla e sono solo “bruciature” del sensore.

Considerate queste variabili, ora capiamo perché – nonostante sia stato, in assoluto, il primo candidato esopianeta scoperto dal telescopio americano – Koi 4 abbia dovuto aspettare dieci lunghi anni di purgatorio e superare non pochi ostacoli prima di poter essere confermato in modo inoppugnabile come un esopianeta ed essere ribattezzato Kepler-1658 b. Lo scoglio più grande, da cui poi sono derivati tutti gli altri problemi interpretativi, è consistito in un errore della stima iniziale delle dimensioni della stella ospite: Kepler-1658 (senza “b”), il cui raggio risultava inizialmente solo poco più grande del Sole: appena il 10 per cento in più. Erano stime ampiamente sottovalutate rispetto alla realtà. Il transito osservato, per quella grandezza stellare, dava con ragionevole certezza un pianeta delle dimensioni di Nettuno (circa 4 volte il diametro terrestre), ma una seconda eclisse troppo ravvicinata fece archiviare il caso come un “falso positivo”. Ora però lo studio guidato da Chontos – in uscita su The Astronomical Journal – cambia tutto.

«La nostra nuova analisi», spiega Chontos, «che utilizza onde sonore stellari osservate nei dati di Kepler per caratterizzare la stella ospite, ha dimostrato che la stella è in realtà tre volte più grande di quanto si pensasse in precedenza, il che significa che anche il pianeta è tre volte più grande, rivelando che Kepler-1658 b è in realtà un pianeta caldo simile a Giove».

In altre parole, quello che sembrava un Nettuno che girava intorno al Sole è risultato essere un Giove che gira intorno a una stella subgigante grande tre volte tanto. Era tuttavia necessaria un’ulteriore conferma tramite un altro tipo di osservazione: la spettroscopia. Questo lavoro di raccolta di dati è stato condotto da Dave Latham, senior researcher allo Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, e ha definitivamente confermato la natura di Kepler-1658 b tramite una più precisa caratterizzazione chimica della stella madre. Kepler-1658 è risultata quindi una stella subgigante avente, come già anticipato, una volta e mezzo la massa del Sole e ben tre volte il raggio. In pratica, nella sua “sequenza principale”, ovvero nel suo ciclo di vita, Kepler-1658 sembra essere la proiezione di ciò che diventerà il Sole in un futuro ancora abbastanza lontano, quando comincerà a espandersi.

La combinazione di tutti i dati raccolti ha portato a risultati molto precisi e con uno scarso margine di errore. L’orbita planetaria di Kepler-1658 b è dunque risultata essere molto veloce (una rivoluzione dura meno di quattro giorni terrestri), molto eccentrica e molto vicina alla stella madre (solo due diametri stellari le separano). Così vicina che, vista da un ipotetico abitante sulla bollente superficie del pianeta, apparirebbe in cielo come una sfera con un diametro 60 volte più grande di quello del Sole visto dalla Terra.

Per saperne di più:

  • Leggi il preprint dell’articolo “The Curious Case of KOI 4: Confirming Kepler’s First Exoplanet Detection“, di Ashley Chontos, Daniel Huber, David W. Latham, Allyson Bieryla, Vincent Van Eylen, Timothy R. Bedding, Travis Berger, Lars A. Buchhave, Tiago L. Campante, William J. Chaplin, Isabel L. Colman, Jeff L. Coughlin, Guy Davies, Teruyuki Hirano, Andrew W. Howard e Howard Isaacson

Verso la comprensione della rotazione stellare

Le stelle simili al Sole presentano una rotazione differenziale, con l’equatore che ruota più velocemente delle latitudini più alte. Le frecce blu nella figura rappresentano la velocità di rotazione. Si ritiene che la rotazione differenziale sia un ingrediente essenziale per generare attività magnetica e macchie stellari. Crediti: MPI per Solar System Research / MarkGarlick.com.

Studiando la rotazione di un campione di stelle simili al Sole, i ricercatori hanno riscontrato che, proprio come avviene per la nostra stella, la maggior parte delle stelle girano più velocemente all’equatore rispetto ai poli. Questo fenomeno, per il quale le diverse parti di un corpo non ruotano alla stessa velocità angolare ma a velocità differenti, è chiamato rotazione differenziale. La rotazione differenziale non si manifesta solo sul Sole, bensì anche su pianeti gassosi a noi vicini, come Giove e Saturno.

Una migliore comprensione della rotazione differenziale che interessa le stelle potrebbe essere di grande aiuto per lo studio dell’astrofisica stellare, che si basa sulla comprensione dei meccanismi fisici che agiscono in una stella. Nonostante si ritenga che la rotazione differenziale degli strati esterni delle stelle abbia un ruolo cruciale nel guidare la loro attività magnetica, attraverso un meccanismo di tipo dinamo, i meccanismi che generano e sostengono tale rotazione sono attualmente ancora poco compresi.

Finora si sapeva ben poco della rotazione differenziale delle stelle e i metodi classici per compiere queste indagini si sono sempre rivelati sensibili solo agli strati più vicini alla superficie. La maggior parte degli studi si è basata sulla variabilità fotometrica delle macchie solari (sunspot) a differenti latitudini (più in generale, per le stelle, si parla di starspot). Altri metodi hanno riguardato l’effetto Doppler, per tracciare caratteristiche magnetiche sulla superficie e il loro spostamento in latitudine, oppure la trasformata di Fourier dei profili spettroscopici.

Le frecce verdi nella figura rappresentano la velocità di rotazione nella zona di convezione stellare. La rotazione differenziale viene dedotta dai movimenti oscillatori della stella visti come sfumature arancione/blu sul lato destro dell’immagine. Crediti: Mpi for Solar System Research / MarkGarlick.com

L’asterosismologia rappresenta un’ulteriore opportunità per sondare la rotazione interna delle stelle misurandone le oscillazioni acustiche, in particolare le frequenze di risonanza delle onde acustiche all’interno della stella stessa, che possono essere usate per inferire le proprietà di rotazione delle stelle, sia in funzione del loro raggio che della latitudine.

Osservazioni di macchie solari sulla superficie del Sole evidenziano che l’equatore ruota il 30% più velocemente rispetto ai poli e l’analisi delle oscillazioni acustiche del Sole mostra che questa rotazione differenziale si estende in profondità, verso l’interno.

Il satellite Kepler della Nasa ha fornito lunghe serie temporali con la fotometria di molte stelle, utilissime per studiare la rotazione differenziale delle stelle simili al Sole con l’asterosismologia. In questo contesto, Othman Benomar e i suoi colleghi hanno usato i dati di Kepler per monitorare le oscillazioni stellari di 40 stelle simili al Sole, con una massa compresa tra 0.9 e 1.5 masse solari.

Le simulazioni mostrano che le rotazioni veloci implicano una rotazione come quella che si vede sul Sole, con l’equatore che ruota più velocemente dei poli, mentre rotazioni più lente sembrano condurre ad una rotazione opposta a quella solare, nel senso che i poli ruotano più velocemente dell’equatore.

Analizzando il campione di 40 stelle, i ricercatori hanno trovato che nessuna stella mostra una evidente rotazione antisolare, mentre il 32 per cento (13 stelle) mostra una significativa rotazione di tipo solare. In realtà, l’eccesso delle rotazioni di tipo solare potrebbe essere dovuto a limiti osservativi: i modelli teorici prevedono una rotazione differenziale antisolare per stelle che ruotano lentamente, per le quali però è più difficile compiere questo tipo di misure. Inoltre, il campione che hanno adottato è principalmente costituito da stelle che ruotano velocemente e pertanto potrebbe essere sensibile solo a stelle che manifestano una rotazione differenziale analoga a quella del nostro Sole.

I ricercatori hanno inoltre riscontrato un taglio latitudinale molto più evidente di quello previsto dalle simulazioni numeriche e questo risultato rappresenta una bella sfida per i modelli teorici.

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Guarda l’animazione del Mpi for Solar System Research:

Tess ha aperto gli occhi: ecco le prime immagini

Il Transiting Exoplanet Survey Satellite ha scattato questa istantanea della Grande Nube di Magellano (a destra) e della luminosa stella R Doradus (a sinistra) martedì 7 agosto, con un solo rilevatore di una delle sue telecamere. L’immagine è una parte dell’inquadratura del cielo meridionale che Tess ha catturato nella sua “prima luce”, la fase iniziale di raccolta dei dati scientifici. Crediti: Nasa / Mit / Tess

Il nuovo cacciatore di pianeti della Nasa, il Transiting Exoplanet Survey Satellite (per gli amici, Tess) sta fornendo preziosi dati che aiuteranno gli scienziati a scoprire e studiare nuovi esopianeti, ossia pianeti lontani che non appartengono al nostro Sistema solare. Una parte dei primi dati scientifici di Tess include un’immagine dettagliata del cielo sud, ripresa con tutte e quattro le telecamere a largo campo del satellite. Questa immagine della cosiddetta prima luce di Tess ha catturato una moltitudine di stelle e altri oggetti, compresi i sistemi già noti per avere pianeti extrasolari.

«In un mare di stelle traboccanti di nuovi mondi, Tess ha lanciato la sua rete e sta già raccogliendo un vasto numero di pianeti promettenti per ulteriori studi», ha riferito Paul Hertz, direttore della divisione astrofisica presso la sede della Nasa, a Washington. «Questa immagine scientifica della prima luce di Tess mostra le capacità delle telecamere di Tess ed è una dimostrazione che la missione riuscirà senz’altro a realizzare il suo incredibile potenziale nella ricerca di un’altra Terra».

Tess ha acquisito questa immagine martedì 7 agosto 2018, utilizzando tutte e quattro le telecamere, in un periodo di 30 minuti. Le linee nere sono gli spazi vuoti tra i rilevatori della telecamera. Le immagini includono parti di una dozzina di costellazioni, dal Capricorno a Pictor, la Grande e Piccola Nube di Magellano e le galassie più vicine alla nostra. Il piccolo punto luminoso sopra la Piccola nube di Magellano è un ammasso globulare – una raccolta di forma sferica di centinaia di migliaia di stelle – chiamato Ngc 104 e noto anche come 47 Tucanae, a causa della sua posizione nella costellazione meridionale del Tucano. Due stelle, Beta Gruis e R Doradus, sono così luminose che saturano un’intera colonna di pixel sui rilevatori della seconda e quarta telecamera di Tess, creando lunghi picchi di luce nell’immagine.

«Questa parte dell’emisfero australe del cielo include più di una dozzina di stelle che sappiamo, da precedenti studi condotti da osservatori a terra, avere pianeti in transito», dice George Ricker, principal investigator di Tess presso il Massachusetts Institute of Technology’s (Mit) Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, a Cambridge.

Tess ha catturato questa striscia di stelle e galassie nel cielo sud durante un periodo di 30 minuti, martedì 7 agosto. Creata combinando la vista di tutte e quattro le sue telecamere, questa è l’immagine della prima luce di Tess, dal primo settore di osservazione che verrà utilizzato per identificare i pianeti attorno ad altre stelle. Caratteristiche notevoli in questa fascia del cielo meridionale includono le grandi e piccole nubi di Magellano e un ammasso globulare chiamato NGC 104, noto anche come 47 Tucanae. Le stelle più luminose nell’immagine, Beta Gruis e R Doradus, hanno saturato un’intera colonna di pixel del rivelatore della telecamera sulla seconda e quarta telecamera del satellite. Crediti: NASA / MIT / TESS.

Le telecamere di Tess, progettate e costruite dal Lincoln Laboratory del Mit a Lexington, nel Massachusetts, e dal Kavli Institute del Mit, monitorano vaste aree del cielo alla ricerca di transiti. I transiti si verificano quando un pianeta passa davanti alla sua stella, vista dal punto di vista del satellite, causando un regolare abbassamento della luminosità della stella.

Tess dedicherà due anni al monitoraggio di 26 settori di questo tipo, osservandoli per 27 giorni ciascuno, e coprendo in questo modo l’85 per cento del cielo. Durante il suo primo anno di operazioni, il satellite studierà i 13 settori che compongono il cielo meridionale. Dopodiché Tess si rivolgerà ai 13 settori del cielo del nord per effettuare un secondo sondaggio di un anno.

Il Mit coordina la missione con Northrop Grumman a Falls Church, in Virginia, per pianificare le osservazioni scientifiche. Tess trasmette immagini ogni 13.7 giorni, ogni volta che si avvicina maggiormente alla Terra. La Deep Space Network della Nasa riceve e inoltra i dati al centro operativo del payload di Tess al MIT per la valutazione e l’analisi iniziali. L’analisi e l’elaborazione completa dei dati avvengono all’interno della pipeline del Science Processing and Operations Center presso l’Ames Research Center della Nasa, nella Silicon Valley in California, che fornisce immagini calibrate e curve di luce raffinate che gli scienziati possono analizzare per trovare promettenti candidati al transito degli esopianeti.

Tess si basa sull’eredità lasciata dalla navicella spaziale Kepler della Nasa, che utilizza anche lei transiti per trovare pianeti extrasolari. Le stelle su cui Tess si focalizzerà distano dai 30 a 300 anni luce e sono da 30 a 100 volte più luminose rispetto agli obiettivi di Kepler, che distano tra 300 e 3000 anni luce. La luminosità degli obiettivi di Tess li rende candidati ideali per lo studio di follow-up con la spettroscopia, che studia come la materia e la luce interagiscono.

Il James Webb Space Telescope e altri osservatori spaziali e terrestri useranno la spettroscopia per saperne di più sui pianeti che Tess troverà, comprese la composizione della loro atmosfera, la loro massa e la loro densità.

Tess ha anche iniziato le osservazioni richieste attraverso il programma chiamato Tess Guest Investigator Program, che consente ad una più ampia comunità scientifica di condurre ricerche utilizzando il satellite.

«Siamo rimasti molto soddisfatti del numero di proposte che abbiamo ricevuto e abbiamo selezionato in modo competitivo programmi che coprono una vasta gamma di ricerche scientifiche, dallo studio di galassie attive lontane agli asteroidi nel nostro sistema solare», ha detto Padi Boyd, scienziato del progetto Tess presso il Goddard Space Flight Center della Nasa a Greenbelt, nel Maryland. «Naturalmente, moltissime sono state le proposte entusiasmanti legate a stelle e a esopianeti. La comunità scientifica è impaziente di vedere gli straordinari dati che Tess riuscirà a produrre e le scoperte scientifiche entusiasmanti che riguarderanno esopianeti e non solo».

Per saperne di più sul cacciatore di pianeti, guarda il video di MediaInaf Tv:

Lune lontane possono ospitare la vita

Impressione d’artista di una esoluna potenzialmente abitabile in orbita attorno a un pianeta gigante in un distante sistema solare. Crediti: Nasa Gsfc: Jay Friedlander e Britt Griswold

Tutti abbiamo sentito parlare della ricerca di vita su altri pianeti, ma se guardassimo anche su altre luneIn un articolo pubblicato due giorni fa, il 13 giugno, su The Astrophysical Journal, i ricercatori dell’Università della California a Riverside  (Ucr), e dell’Università del Southern Queensland hanno identificato più di cento pianeti giganti che potrebbero ospitare lune capaci di sostenere la vita. Il loro lavoro guiderà la progettazione di futuri telescopi in grado di rilevare queste lune e cercare segni rivelatori di vita nelle loro atmosfere.

Dal lancio del telescopio Kepler della Nasa nel 2009, gli scienziati hanno identificato migliaia di pianeti al di fuori del nostro sistema solare, detti esopianeti. Uno degli obiettivi principali della missione Kepler è identificare pianeti che si trovano nella zona abitabile della loro stella, dove cioè la temperatura renda possibile la presenza di acqua liquida  e, di conseguenza, sia potenzialmente presente la vita.

I pianeti terrestri, rocciosi, sono i primi obiettivi nella ricerca della vita, perché alcuni di loro potrebbero essere geologicamente e atmosfericamente simili alla Terra. Ma un altro posto in cui guardare è dato dai numerosi pianeti gassosi giganti identificati durante la missione Kepler. Sebbene non siano essi “in prima persona” i candidati alla presenza di vita, i pianeti simili a Giove nella zona abitabile possono ospitare lune rocciose, chiamate esolune, che potrebbero sostenere la vita.

Impressione d’artista di una esoluna potenzialmente abitabile in orbita attorno a un pianeta gigante in un distante sistema solare. Crediti: Nasa Gsfc: Jay Friedlander e Britt Griswold

«Sono attualmente conosciute 175 lune che orbitano intorno agli otto pianeti del nostro sistema solare. Sebbene la maggior parte di queste lune orbitino intorno a Saturno e Giove, che sono al di fuori della zona abitabile del Sole, potrebbe non essere così per altri sistemi planetari», afferma Stephen Kane, professore associato di astrofisica planetaria e membro del Centro di astrobiologia delle terre alternative dell’Ucr. «Includere le esolune rocciose nella nostra ricerca della vita nello spazio amplierà notevolmente i luoghi in cui possiamo osservare».

I ricercatori hanno identificato 121 pianeti giganti le cui orbite sono all’interno delle zone abitabili delle loro stelle. Pianeti gassosi così vicini alla propria stella sono meno comuni dei pianeti terrestri, ma si pensa che ciascuno di essi possa ospitare diverse grandi lune.

Gli scienziati hanno ipotizzato che le esolune potrebbero fornire un ambiente favorevole alla vita, forse persino migliore della Terra. Questo perché ricevono energia non solo dalla loro stella, ma anche dalla radiazione riflessa dal pianeta cui orbitano attorno. Attualmente, nessuna esoluna è stata confermata.

«Ora che abbiamo creato un database dei pianeti giganti conosciuti che orbitano nella zona abitabile della loro stella, saranno fatte osservazioni dei migliori candidati a ospitare potenziali esolune, per aiutare a definire le proprietà attese delle esolune. I nostri studi di follow-up aiuteranno a definire il design dei futuri telescopi in modo da poter rilevare queste lune, studiarne le proprietà e cercare segni di vita», dichiara Michelle Hill, studentessa universitaria presso l’Università del Southern Queensland che collabora col gruppo di Kane.

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Kepler scopre il segreto delle supernove veloci

Nel pannello di sinistra, una stella gigante rossa che invecchia perde la massa attraverso il vento stellare. Questo materiale si espande in un enorme guscio gassoso attorno alla stella. Nel pannello centrale, il nucleo della stella massiccia implode per innescare un’esplosione di supernova. Nel pannello di destra, l’onda d’urto della supernova impatta il guscio esterno, trasformando l’energia cinetica dell’esplosione in una brillante esplosione di luce. Il lampo di radiazione dura solo pochi giorni: un decimo della durata di un’esplosione tipica di una supernova. Crediti: NASA, ESA e A. Feild (STScI)

Dopo aver individuato centinaia di pianeti extrasolari, analizzato la variabilità di innumerevoli stelle e fornito informazioni sulla loro struttura interna, il telescopio spaziale Kepler aggiunge un’altra scoperta nel suo già notevole palmarés scientifico, riuscendo ora a cancellare l’alone di mistero che aleggiava sui cosiddetti FELT, Fast-Evolving Luminous Transient, ovvero eventi luminosi transienti a rapida evoluzione. Negli ultimi decenni molti FELT, veri e propri lampi che appaiono improvvisamente per scomparire nell’arco di solo qualche giorno, sono stati osservati dagli astronomi con tempi e luminosità non facilmente spiegabili dai tradizionali modelli di supernova. Molti, spesso, non vengono proprio osservati e anche per quelli immortalati da qualche telescopio sono risultati troppo brevi per essere studiati con un dettaglio tale da permetterne di scoprire la loro natura.

L’arma vincente di Kepler, in questo caso, è stata la metodicità delle osservazioni. Pensato per studiare i pianeti extrasolari nella nostra galassia tramite le variazioni di luminosità delle stelle madri dovute al loro passaggio davanti ad esse, raccoglie infatti i dati sulla luminosità di porzioni di cielo selezionate ogni 30 minuti.  I FELT abbastanza brillanti che si trovassero ad accendersi in quelle zone non avrebbero possibilità di sfuggire a Kepler. E così è stato: «Siamo riusciti a raccogliere indizi  sul meccanismo e le proprietà delle esplosioni: potremmo escludere teorie alternative e arrivare alla spiegazione del modello “dense shell” che rappresenta  un modo nuovo per descrivere la fine delle stelle massicce e distribuire materiale nello spazio», commenta Armin Rest dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, nel Maryland.

Prima di questo studio le ipotesi intorno ai FELT erano alquanto disparate. Alcuni ritenevano fossero l’afterglow di lampo di raggi gamma, altri delle supernove i cui effetti sono amplificati da magnetar (stelle di neutroni con un potente campo magnetico), altri ancora suggerivano che fossero supernove di Tipo  Ia  mancate.

«Il fatto che Kepler abbia catturato completamente la rapida evoluzione limita i possibili scenari esotici che descrivono la fine delle stelle. La ricchezza di dati raccolti ci ha permesso di districare le proprietà fisiche dell’esplosione fantasma, come la quantità di materiale che la stella ha espulso alla fine della sua vita e la velocità ipersonica raggiunta dal materiale espulso: questa è la prima volta che possiamo testare i modelli FELT con un alto grado di precisione e collegare davvero la teoria alle osservazioni», ha affermato David Khatami dell’Università della California a Berkeley.

In realtà i FELT sembrerebbero un fenomeno provocato dalla “premorte” di una stella che, meno di un anno prima di esplodere come una supernova, espelle, come piccole eruzioni,  diversi gusci  concentrici di materia che si allontanano velocemente. Quando lo tsunami di energia esplosiva proveniente dall’esplosione stellare investe questo materiale, il violentissimo impatto trasforma  la maggior parte dell’energia cinetica in luce, che dura solo pochi giorni. Ovvero circa un decimo del bagliore tipico prodotto da una supernova.

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Tutta l’acqua di Trappist-1

Le principali proprietà dei sette pianeti di Trappist-1 e dei quattro pianeti più interni del Sistema solare. Crediti: Nasa/Jpl

I pianeti intorno alla debole stella rossa Trappist-1, ad appena 40 anni luce dalla Terra, sono stati scoperti dal telescopio Trappist-South all’Osservatorio dell’Eso a La Silla nel 2016. L’anno seguente, ulteriori osservazioni con telescopi da terra, tra cui il Vlt (Very Large Telescope) dell’Eso e con il telescopio spaziale Spitzer della Nasa hanno rivelato che ci sono almeno sette pianeti nel sistema, ciascuno di dimensione paragonabile a quella della Terra. Si chiamano ora Trappist-1b, c, d, e, f, g e h in ordine di distanza crescente dalla stella centrale.

Alcune osservazioni aggiuntive sono state eseguite sia da telescopi a terra, tra cui lo strumento Speculoos, quasi completato, all’Osservatorio dell’Eso al Paranal, e dai telescopi spaziali della Nasa Spitzer e Kepler. Un’equipe di scienziati, guidati da Simon Grimm dell’Univeristà di Berna in Svizzera, ha applicato complessi modelli numerici ai dati disponibili e ha determinato la densità dei pianeti con maggior precisione di quanto fosse possibile finora.

Simon Grimm spiega come sono state calcolate le masse: «I pianeti di Trappist-1 sono così vicini l’uno all’altro che interferiscono tra di loro per effetto della gravità, così che il momento in cui passano di fronte alla stella si sposta leggermente. Lo spostamento dipende dalla massa dei pianeti, dalla loro distanza e da altri parametri orbitali. Con un modello numerico al computer simuliamo le orbite dei pianeti finché i transiti calcolati non sono in accordo con i valori osservati. Da qui deriviamo le masse dei vari pianeti».

Un altro membro dell’equipe, Eric Agol, commenta sull’importanza del risultato: «Uno degli scopi degli studi sugli esopianeti è stato, per qualche tempo, di studiare la composizione dei pianeti simili alla Terra per dimensione e temperatura. La scoperta di Trappist-1 e le potenzialità delle strutture dell’Eso in Cile e del telescopio spaziale della Nasa Spitzer lo hanno reso possibile, dandoci il primo assaggio di ciò di cui sono fatti i pianeti extrasolari di dimensioni terrestri».

Le misure di densità, combinate con i modelli di composizione dei pianeti, suggeriscono fermamente che i sette pianeti di Trappist-1 non siano aridi mondi rocciosi. Sembrano contenere, infatti, quantità significative di materiali volatili, probabilmente acqua, fino in qualche caso a circa il 5 per cento della massa del pianeta – una quantità enorme. Per confronto, sulla Terra solo lo 0,02 per cento della massa è acqua.

Le masse e l’energia assorbita dai sette pianeti Trappist-1a confronto, insieme alle proprietà dei quattro pianeti più interni del Sistema solare. Crediti: Nasa/Jpl

«La densità, indizio importante per decodificare la composizione di un pianeta, non dice nulla sull’abitabilità. Ma il nostro studio è, ciononostante, un passo avanti importante per farci capire se questi pianeti possano ospitare vita», commenta Brice-Olivier Demory, coautore, sempre dell’Università di Berna.

Trappist-1b e c, i pianeti più interni, hanno probabilmente un nucleo roccioso e sono circondati da un’atmosfera molto più spessa di quella della Terra. Trappist-1d, invece, è il più leggero, con una massa pari al 30 per cento della massa della Terra. Gli scienziati non sanno ancora se è presente un’atmosfera estesa, un oceano o una superficie ghiacciata.

Gli scienziati si sono sopresi nel trovare che Trappist-1e sia l’unico pianeta del sistema appena più denso della Terra, il che indica che potrebbe avere un nucleo ferroso e che non necessariamente abbia un’atmosfera densa, un oceano o uno strato ghiacciato in superficie. È bizzarro che Trappist-1e sia così più roccioso degli altri pianeti. In termini di dimensione, densità e radiazione ricevuta è il pianeta più simile alla Terra.

Trappist-1f, g e h sono lontani dalla stella madre al punto che l’acqua potrebbe essere congelata, sotto forma di ghiaccio su tutta la superficie. Se hanno un’atmosfera sottile difficilmente questa conterrebbe le molecole pesanti che troviamo sulla Terra, come l’anidride carbonica.

«È interessante notare che i pianeti più densi non sono necessariamente quelli più vicini alla stella e che i pianeti più freddi non possono avere atmosfere spesse», indica Caroline Dorn, coautrice dell’articolo, dell’Università di Zurigo, Svizzera.

Il sistema di Trappist-1 continuerà per molto tempo a focalizzare le attenzioni degli astronomi e di molte strutture osservative, sia da terra che dallo spazio, tra cui l’Elt (Extremely Large Telescope) e il telescopio spaziale James Webb della Nasa/Esa/Csa.

Gli astronomi stanno anche cercando con impegno altri pianeti intorno a stelle rosse deboli come Trappist-1. Come spiega Michaël Gillon, membro dell’equipe, «questo risultato dimostra l’enorme interesse nell’esplorare nane vicine ultra fredde – come Trappist-1 – alla ricerca di pianeti terrestri in transito. È questo lo scopo di Speculoos, il nuovo cercatore di esopianeti che sta per iniziare le osservazioni all’Osservatorio dell’Eso al Paranal, in Cile».

Fonte: comunicato stampa Eso

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All’ombra delle comete aliene

Rappresentazione artistica d’una cometa in orbita attorno alla stella Kic 3542116. Crediti: Danielle Futselaar

Come i prigionieri nella caverna di Platone, anche gli astrofisici che si occupano di pianeti extrasolari vedono – dei mondi che studiano – nient’altro che ombre. O almeno è così per chi si avvale della tecnica dei transiti, quella del telescopio spaziale Kepler: periodo orbitale e dimensioni del pianeta, e tutto ciò che ne deriva, vengono dedotti da null’altro che dalla lieve “ombra” – una sorta di micro-eclissi – prodotta dal pianeta stesso allorché si trova a transitare fra la stella che lo ospita e i nostri telescopi.

È già stupefacente che da quelle ombre, da quegli impercettibili “cali di luce” (una sorta di “U” nella linea altrimenti piatta dell’intensità della luce della stella), gli astronomi siano riusciti non solo a scoprire in pochi anni migliaia di pianeti extrasolari, ma anche interi sistemi planetari e, forse, delle lune. Ma ora hanno fatto un passo in più: il 18 marzo scorso, osservando alcune di quelle “U” debolissime – talmente deboli che gli algoritmi automatici le avevano scartate – l’occhio allenato d’un astrofilo e citizen scientist di Bellevue (Washington), Thomas Jacobs, ha notato, nella luce emessa da Kic 3542116, una debole stella a 800 anni luce da noi, non solo le tracce d’un transito, ma anche che si trattava di tracce strane, lievemente asimmetriche: i due rami della “U” non scendevano e salivano con la stessa pendenza. Come se l’oggetto in transito non fosse perfettamente sferico.

Come se avesse una coda.

Saul Rappaport, astrofisico del Massachusetts Institute of Technology, messo a conoscenza dell’anomalia dallo stesso Jacobs, si è messo a studiare in modo sistematico quelle “tracce di ombra”. L’asimmetria nelle curve luminose gli ricordava quella prodotta da pianeti disintegrati, con lunghe scie di detriti che continuano a coprire la luce della stella mentre il pianeta se ne allontana. Ma a differenza dei pianeti che stanno perdendo pezzi (e che continuano comunque a orbitare attorno alla stella) questi segnali erano unici, non si ripetevano, non mostravano periodicità.

«Riteniamo che i soli oggetti in grado di fare la stessa cosa, senza ripetizioni, siano quelli che alla fine vengono distrutti», spiega Rappaport. Riassumendo: oggetti molto più piccoli d’un pianeta (il calo di luce impercettibile), che transitano vicino a una stella perdendo “pezzi” (l’asimmetria) fino al punto da venire vaporizzati e sparire (il segnale che non si ripete). Andando per eliminazione, non rimane che un indiziato: si tratta d’una cometa. O meglio: una esocometa. Anzi: sei esocomete. Già, perché passando sistematicamente in rassegna i dati ne sono poi saltate fuori altre cinque.

Lo studio che racconta questa prima scoperta di esocomete esce questa settimana su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. E per pura coincidenza, proprio in questi giorni, è stata avvistata, dalle parti della Terra, quella che è forse un’esocometa (o un esoasteroide, non si sa) in visita: si chiama C/2017 U1 (o A/2017 U1) e sarebbe la prima “cometa aliena” mai intercettata nel Sistema solare.

Guarda su MediaInaf Tv il servizio video su C/2017 U1:

Tabby, un poliziesco in chiave stellare

Una delle ipotesi più accreditate per l’insolito oscuramento della cosiddetta stella di Tabby è la presenza di una nube irregolare di polvere. Crediti: Nasa/Ames Research Center/Daniel Rutter

A circa 1500 anni luce dalla terra, una singolare stella – denominata ufficialmente KIC 8462852 ma più conosciuta come stella di Tabby – ha catturato l’attenzione degli scienziati e l’immaginazione del pubblico con la sua luminosità stranamente fluttuante.

Unico caso fra le oltre 200mila stelle misurate dal satellite Kepler della Nasa in quattro anni, la luminosità di Tabby è stata vista variare fino al 22 per cento in un giorno solo. Allo stesso tempo, uno studio delle lastre fotografiche pregresse ha rilevato una perdita di luminosità di circa il 20 per cento nel corso di un secolo, anche se una ricerca successiva ha poi confutato questo risultato, attribuendolo a effetti strumentali.

Scartate le ipotesi relative a qualche tipo di manufatto alieno, ma non potendo ancora presentare una risposta esaustiva su cosa genera tali repentini cali di luminosità, i ricercatori si concentrano sulle ipotesi più plausibili. Che non sono poche.

I risultati più recenti, basati su osservazioni delle sonde Spitzer e Swift, lasciano pensare che la presenza di una nube irregolare di polvere in orbita attorno alla stella possa spiegare i cali di luminosità, sia quelli di brevissimo periodo, che quelli riscontrati su intervalli più prolungati.

Altri studi hanno suggerito che lo stesso tipi di oscuramento verrebbe esibito da una stella attorno a cui orbitano un pianeta dotato di anelli e un campo di asteroidi, oppure se la stella avesse recentemente sbriciolato uno o più pianeti. Quest’ultima eventualità avrebbe infatti portato la stella a brillare con più intensità, aumentando temporaneamente la sua luminosità a un livello da cui sta ora progressivamente tornando alla “normalità”, spiegando così la tendenza di lungo termine. Gli sbalzi improvvisi di luminosità potrebbero invece essere causate dai resti del pianeta (o pianeti) che passano in orbite ad alta eccentricità di fronte alla stella.

Un mistero, tante ipotesi. Crediti: elaborazione Media Inaf su grafiche Nasa/Ames Research Center/Daniel Rutter

L’ipotesi dello sciame di comete che passa periodicamente di fronte alla stella ha perso invece quota poiché non è stato osservato il bagliore infrarosso che dovrebbe necessariamente emanare dalla massa di polvere e detriti prodotti dalla disintegrazione delle comete.

Una delle spiegazioni più semplici, ma anche più facili da depennare, sarebbe quella di un corpo celeste che eclissa parzialmente la stella. In questo caso, vista l’entità dell’oscuramento, l’oggetto in questione dovrebbe avere una dimensione stellare, esercitando di conseguenza una tale attrazione gravitazionale sulla stella da rendere totalmente evidente la propria presenza nelle osservazioni del moto stellare. Cosa che finora non è avvenuta.

Un’altra ipotesi da mettere in bassa priorità è quella di una stella che si sta semplicemente esaurendo. Quella di Tabby è infatti un tipo di stella che sta fondendo idrogeno in elio nel proprio nucleo e si trova in un periodo della sua vita in cui dovrebbe aumentare la luminosità, piuttosto che diminuirla.

Da bravi detective, le ricercatrici e i ricercatori che lavorano al caso non hanno subito scartato l’ipotesi che si potesse trattare di un glitch, un errore strumentale. Possibilità negata però da Doug Caldwell, del Seti Institute e scienziato progettista per la missione Kepler, per due motivi. In primo luogo, i risultati sono gli stessi su tutti i rilevatori del telescopio che hanno osservato la stella; in secondo luogo, gli enormi cali di luminosità erano già visibili in ogni singolo pixel attribuito a questa stella nelle immagini di Kepler, mentre solitamente occorre un’integrazione tra i vari pixel per misurare la luminosità totale di una stella.

Peraltro, a partire da maggio 2017, la stella di Tabby si è esibita di nuovo con quattro repentini cali di luminosità inspiegabili, questa volta di intensità inferiore e con una durata tra cinque giorni e due settimane. Gli scienziati ora stanno elaborando questi nuovi dati, sperando di trovare la chiave per risolvere il mistero che avvolge questa stella.