Per la prima volta, una nuova tecnica ingegnosa ha permesso di studiare l’atmosfera di un esopianeta in dettaglio anche se questo non transita di fronte alla stella madre. Unteam internazionale di astronomi ha usato il VLT (Very Large Telescope) dell’ESO per catturare direttamente la fioca luce del pianeta Tau Boötis b. Hanno studiato l’atmosfera del pianeta e ne hanno misurato orbita e massa con precisione per la prima volta, risolvendo così il problema dopo 15 anni. Soprendentemente, l’equipe trova anche che l’atmosfera del pianeta sembra raffreddarsi ad altezze elevate, al contrario di quanto ci si aspettava.
Rappresentazione artistica dell’esopianeta Tau Boötis b in orbita attorno alla sua stella. (ESO/L. Calçada)
Il pianeta Tau Boötis b è uno dei primi pianeti extrasolari scoperti, nel 1996, e, trovandosi da noi a poco più di 50 anni luce, è uno dei più vicini tra quelli finora conosciuti. Anche se la stella madre è facilmente visibile a occhio nudo, il pianeta certamente non lo è: finora è stato individuato solo grazie agli effetti gravitazionali che esercita sulla stella. Tau Boötis b è un gigante gassoso, noto anche come “Giove caldo”, che orbita molto vicino alla stella madre.
Come molti esopianeti, Tau Boötis b non transita davanti al disco della sua stella madre. Finora questi transiti erano indispensabili per permettere lo studio dell’atmosfera dei pianeti di tipo gioviano caldi: quando un pianeta transita davanti alla stella, imprime le “orme” della propria atmosfera sulla luce della stella. Poiché in questo caso la luce della stella non attraversa l’atmosfera di Tau Boötis b prima di giungere a noi, non avevamo finora potuto studiare l’atmosfera di questo pianeta.
Ma ora, dopo 15 anni di tentativi per studiare il tenue bagliore emesso dai pianeti gioviani caldi, si è finalmente riusciti a sondare in modo affidabile la struttura dell’atmosfera di Tau Boötis b e dedurne per la prima volta con precisione la massa del pianeta. L’equipe ha utilizzato lo strumento CRIRES (CRyogenic InfraRed Echelle Spectrometer) montato sul VLT (Very Large Telescope) all’Osservatorio di Cerro Paranal (ESO, Cile). Hanno combinato osservazioni di alta qualità nell’infrarosso (a lunghezze d’onda vicine ai 2,3 micron) con un abile trucco per separare il debole segnale del pianeta da quello molto più forte prodotto dalla stella madre. A lunghezze d’onda infrarosse, la stella emette meno che nella banda ottica e perciò questa è la banda più favorevole per identificare il debole segnale del pianeta.
L’autore principale dello studio, Matteo Brogi (Osservatorio di Leiden, Olanda), un altro dei tanti bravi giovani ricercatori italiani costretti ad emigrare all’estero per poter fare il loro lavoro e primo autore dell’articolo pubblicato oggi sulla prestigiosa rivistaNature, spiega: “Grazie alle osservazioni di qualità superba fornite dal VLT e da CRIRES siamo stati in grado di studiare lo spettro del sistema in un dettaglio mai raggiunto finora. Solo lo 0.01% della luce che riceviamo proviene dal pianeta, mentre il resto è dovuto alla stella. L’impresa non era facile!”.
La maggioranza dei pianeti in orbita attorno ad altre stelle sono stati scoperti grazie all’effetto gravitazionale esercitato sulla stella madre, cosa che limita l’informazione che può essere derivata sulla loro massa: si può calcolare solo un limite inferiore alla massa del pianeta. Questa nuova tecnica pionieristica è molto più potente: l’osservazione diretta della luce del pianeta permette agli astronomi di misurare l’angolo di inclinazione della sua orbita e quindi di calcolarne la massa. Tracciando i cambiamenti del moto del pianeta durante l’orbita, il team ha misurato per la prima volta in modo affidabile che Tau Boötis b orbita intorno alla stella madre con un angolo di 44° e ha una massa pari a 6 volte quella di Giove.
Oltre a rivelare l’atmosfera e misurare la massa di Tau Boötis b, l’equipe ha saggiato l’atmosfera e misurato l’abbondanza di monossido di carbonio, così come la temperatura a diverse altezze per mezzo del confronto delle osservazioni con un modello teorico. Un risultato sorprendente di questo lavoro è che le nuove osservazioni indicano che l’atmosfera del pianeta sembra raffreddarsi con l’altezza, contrariamente a quanto ci si aspettava. Questo è esattamente l’opposto dell’inversione termica – un aumento della temperatura con l’altezza – osservata per altri esopianeti gioviani caldi.
Le osservazioni del VLT mostrano che la spettroscopia da terra ad alta risoluzione è uno strumento prezioso per l’analisi dettagliata dell’atmosfera degli esopianeti che non transitano di fronte alla stella. La rilevazione di molecole diverse in futuro permetterà agli astronomi di capire meglio le condizioni atmosferiche dei pianeti in esame. Effettuando misure lungo l’orbita del pianeta, si potrà anche seguire l’andamento dei cambiamenti atmosferici tra mattino e sera.
Come molti esopianeti, Tau Boötis b non transita davanti al disco della sua stella madre. Finora questi transiti erano indispensabili per permettere lo studio dell’atmosfera dei pianeti di tipo gioviano caldi: quando un pianeta transita davanti alla stella, imprime le “orme” della propria atmosfera sulla luce della stella. Poiché in questo caso la luce della stella non attraversa l’atmosfera di Tau Boötis b prima di giungere a noi, non avevamo finora potuto studiare l’atmosfera di questo pianeta.
Ma ora, dopo 15 anni di tentativi per studiare il tenue bagliore emesso dai pianeti gioviani caldi, si è finalmente riusciti a sondare in modo affidabile la struttura dell’atmosfera di Tau Boötis b e dedurne per la prima volta con precisione la massa del pianeta. L’equipe ha utilizzato lo strumento CRIRES (CRyogenic InfraRed Echelle Spectrometer) montato sul VLT (Very Large Telescope) all’Osservatorio di Cerro Paranal (ESO, Cile). Hanno combinato osservazioni di alta qualità nell’infrarosso (a lunghezze d’onda vicine ai 2,3 micron) con un abile trucco per separare il debole segnale del pianeta da quello molto più forte prodotto dalla stella madre. A lunghezze d’onda infrarosse, la stella emette meno che nella banda ottica e perciò questa è la banda più favorevole per identificare il debole segnale del pianeta.
L’autore principale dello studio, Matteo Brogi (Osservatorio di Leiden, Olanda), un altro dei tanti bravi giovani ricercatori italiani costretti ad emigrare all’estero per poter fare il loro lavoro e primo autore dell’articolo pubblicato oggi sulla prestigiosa rivistaNature, spiega: “Grazie alle osservazioni di qualità superba fornite dal VLT e da CRIRES siamo stati in grado di studiare lo spettro del sistema in un dettaglio mai raggiunto finora. Solo lo 0.01% della luce che riceviamo proviene dal pianeta, mentre il resto è dovuto alla stella. L’impresa non era facile!”.
La maggioranza dei pianeti in orbita attorno ad altre stelle sono stati scoperti grazie all’effetto gravitazionale esercitato sulla stella madre, cosa che limita l’informazione che può essere derivata sulla loro massa: si può calcolare solo un limite inferiore alla massa del pianeta. Questa nuova tecnica pionieristica è molto più potente: l’osservazione diretta della luce del pianeta permette agli astronomi di misurare l’angolo di inclinazione della sua orbita e quindi di calcolarne la massa. Tracciando i cambiamenti del moto del pianeta durante l’orbita, il team ha misurato per la prima volta in modo affidabile che Tau Boötis b orbita intorno alla stella madre con un angolo di 44° e ha una massa pari a 6 volte quella di Giove.
Oltre a rivelare l’atmosfera e misurare la massa di Tau Boötis b, l’equipe ha saggiato l’atmosfera e misurato l’abbondanza di monossido di carbonio, così come la temperatura a diverse altezze per mezzo del confronto delle osservazioni con un modello teorico. Un risultato sorprendente di questo lavoro è che le nuove osservazioni indicano che l’atmosfera del pianeta sembra raffreddarsi con l’altezza, contrariamente a quanto ci si aspettava. Questo è esattamente l’opposto dell’inversione termica – un aumento della temperatura con l’altezza – osservata per altri esopianeti gioviani caldi.
Le osservazioni del VLT mostrano che la spettroscopia da terra ad alta risoluzione è uno strumento prezioso per l’analisi dettagliata dell’atmosfera degli esopianeti che non transitano di fronte alla stella. La rilevazione di molecole diverse in futuro permetterà agli astronomi di capire meglio le condizioni atmosferiche dei pianeti in esame. Effettuando misure lungo l’orbita del pianeta, si potrà anche seguire l’andamento dei cambiamenti atmosferici tra mattino e sera.
Il breve filmato seguente si basa su una realizzazione artistica dell’esopianeta Tau Boötis b, uno dei primi esopianeti scoperti nel lontano 1996 ed uno dei più vicini tra quelli noti finora.
Nessun commento:
Posta un commento
KG: