Bentornati all'ultima puntata della nostra serie sui metodi di caccia agli esopianeti. Oggi iniziamo con il metodo molto difficile, ma molto promettente, noto come Direct Imaging.
Negli ultimi decenni, il numero di pianeti scoperti oltre il nostro Sistema Solare è cresciuto a passi da gigante. A partire dal 4 ottobre 2018, un totale di 3.869 pianeti extrasolari sono stati confermati in 2.887 sistemi planetari, con 638 sistemi che ospitano più pianeti. Sfortunatamente, a causa dei limiti con cui gli astronomi sono stati costretti a fare i conti, la stragrande maggioranza di questi è stata rilevata utilizzando metodi indiretti.
Finora, solo una manciata di pianeti sono stati scoperti essendo stati ripresi mentre orbitavano attorno alle loro stelle (aka. Imaging diretto ). Sebbene impegnativo rispetto ai metodi indiretti, questo metodo è il più promettente quando si tratta di caratterizzare le atmosfere degli esopianeti. Finora, 100 i pianeti sono stati confermati in 82 sistemi planetari utilizzando questo metodo, e molti altri dovrebbero essere trovati nel prossimo futuro.
Descrizione:
Come suggerisce il nome, Direct Imaging consiste nel catturare direttamente immagini di esopianeti, cosa possibile cercando la luce riflessa dall'atmosfera di un pianeta a lunghezze d'onda infrarosse. La ragione di ciò è che alle lunghezze d'onda infrarosse, è probabile che una stella sia solo circa 1 milione di volte più luminosa di un pianeta che riflette la luce, piuttosto che un miliardo di volte (che è tipicamente il caso alle lunghezze d'onda visive).
https://exoplanets.nasa.gov/5_ways_content/vid/direct_imaging.mp4
vantaggi:
Uno dei vantaggi più evidenti del Direct Imaging è che è meno soggetto a falsi positivi. Mentre il metodo di transito è soggetto a falsi positivi fino al 40% dei casi che coinvolgono un singolo sistema di pianeti (che richiedono osservazioni di follow-up), i pianeti rilevati utilizzando il Metodo della velocità radiale richiedono conferma (da qui il motivo per cui di solito è abbinato al Metodo di transito ). Al contrario, Direct Imaging consente agli astronomi di vedere effettivamente i pianeti che stanno cercando.
Sebbene le opportunità per l'utilizzo di questo metodo siano rare, ovunque sia possibile effettuare rilevamenti diretti, può fornire agli scienziati preziose informazioni sul pianeta. Ad esempio, esaminando gli spettri riflessi dall'atmosfera di un pianeta, gli astronomi sono in grado di ottenere informazioni vitali sulla sua composizione. Queste informazioni sono intrinseche alla caratterizzazione dell'esopianeta e determinano se è potenzialmente abitabile.
Nel caso di Fomalhaut b, questo metodo ha permesso agli astronomi di saperne di più sull'interazione del pianeta con il disco protoplanetario della stella, di porre vincoli alla massa del pianeta e di confermare la presenza di un massiccio sistema di anelli. Nel caso di HR 8799, la quantità di radiazione infrarossa riflessa dall'atmosfera del suo esopianeta (combinata con modelli di formazione planetaria) ha fornito una stima approssimativa della massa del pianeta.
L'imaging diretto funziona meglio per i pianeti che hanno orbite larghe e sono particolarmente massicci (come i giganti gassosi). È anche molto utile per rilevare pianeti che sono posizionati 'frontalmente', nel senso che non transitano davanti alla stella rispetto all'osservatore. Questo lo rende complementare alla velocità radiale, che è più efficace per rilevare i pianeti che sono 'edge-on', dove i pianeti effettuano i transiti della loro stella.
Svantaggi:
Rispetto ad altri metodi, il Direct Imaging è piuttosto difficile a causa dell'effetto oscurante che ha la luce di una stella. In altre parole, è molto difficile rilevare la luce riflessa dall'atmosfera di un pianeta quando la sua stella madre è molto più luminosa. Di conseguenza, le opportunità per l'imaging diretto sono molto rare utilizzando la tecnologia attuale.
Per la maggior parte, i pianeti possono essere rilevati utilizzando questo metodo solo quando orbitano a grandi distanze dalle loro stelle o sono particolarmente massicci. Ciò lo rende molto limitato quando si tratta di cercare pianeti terrestri (ovvero 'simili alla Terra') che orbitano più vicino alle loro stelle (cioè all'interno della zona abitabile della loro stella). Di conseguenza, questo metodo non è particolarmente utile quando si tratta di cercare esopianeti potenzialmente abitabili.
Esempi di indagini di imaging diretto:
Il primo rilevamento di esopianeti effettuato utilizzando questa tecnica è avvenuto nel luglio del 2004, quando un gruppo di astronomi ha utilizzato l'Osservatorio europeo meridionale (ESO) Array di telescopi molto grandi (VLTA) per l'immagine di un pianeta con una massa molte volte superiore a Giove in prossimità di 2M1207, una nana bruna situata a circa 200 anni luce dalla Terra.
Immagine di un oggetto di massa planetaria in orbita attorno alla nana bruna 2M1207, scattata da un gruppo di astronomi guidati da Gael Chauvin nel luglio 2004. Credito: NaCo/VLT/ESO
Nel 2005, ulteriori osservazioni hanno confermato l'orbita di questo esopianeta intorno a 2M1207. Tuttavia, alcuni sono rimasti scettici sul fatto che questo sia stato il primo caso di 'Imaging diretto', poiché la bassa luminosità della nana bruna è stata ciò che ha reso possibile il rilevamento del pianeta. Inoltre, il fatto che orbita attorno a una nana bruna ha portato alcuni a sostenere che il gigante gassoso non sia un pianeta vero e proprio.
Nel settembre del 2008, è stato ripreso un oggetto con una separazione di 330 AU intorno alla sua stella ospite, 1RXS J160929.1-210524, che si trova a 470 anni luce di distanza nella costellazione dello Scorpione. Tuttavia, è stato solo nel 2010 che è stato confermato che era un pianeta e un compagno della stella.
Il 13 novembre 2008, un team di astronomi ha annunciato di aver catturato le immagini di un esopianeta in orbita attorno alla stella Fomalhaut usando il Telescopio Spaziale Hubble . La scoperta è stata resa possibile grazie allo spesso disco di gas e polvere che circonda Fomalhaut e al bordo interno affilato che suggerisce che un pianeta abbia rimosso i detriti dal suo percorso.
Le osservazioni successive con Hubble hanno prodotto immagini del disco, che hanno permesso agli astronomi di localizzare il pianeta. Un altro fattore che contribuisce è il fatto che questo pianeta, che ha il doppio della massa di Giove, è circondato da un sistema di anelli che è molte volte più spesso degli anelli di Saturno, il che ha fatto sì che il pianeta emettesse un bagliore abbastanza luminoso alla luce visiva.
Immagine composita in falsi colori presa dal telescopio spaziale Hubble, che mostra il movimento orbitale del pianeta Fomalhaut b. Credito: NASA/ESA/P. Kalas (UC Berkeley e SETI Institute)
Lo stesso giorno, gli astronomi utilizzano i telescopi di entrambe le Osservatorio Keck e Osservatorio Gemelli ha annunciato di aver ripreso 3 pianeti in orbita attorno a HR 8799. Questi pianeti, che hanno masse 10, 10 e 7 volte quella di Giove, sono stati tutti rilevati a lunghezze d'onda infrarosse. Ciò è stato attribuito al fatto che HR 8799 è una stella giovane e si pensa che i pianeti intorno ad essa conservino ancora parte del calore della loro formazione.
Nel 2009, l'analisi di immagini risalenti al 2003 ha rivelato l'esistenza di un pianeta in orbita attorno a Beta Pictoris. Nel 2012, gli astronomi che utilizzano il Telescopio Subaru al Osservatorio di Mauna Kea ha annunciato l'imaging di un 'Super-Giove' (con 12,8 masse di Giove) in orbita attorno alla stella Kappa Andromedae a una distanza di circa 55 AU (quasi il doppio della distanza di Nettuno dal Sole).
Altri candidati sono stati trovati nel corso degli anni, ma finora non sono stati confermati come pianeti e potrebbero essere nane brune. In totale, sono stati confermati 100 esopianeti utilizzando il metodo Direct Imaging (circa lo 0,3% di tutti gli esopianeti confermati) e la stragrande maggioranza erano giganti gassosi che orbitavano a grandi distanze dalle loro stelle.
Tuttavia, questo dovrebbe cambiare nel prossimo futuro man mano che i telescopi di prossima generazione e altre tecnologie saranno disponibili. Questi includono telescopi terrestri dotati di ottica adattiva, come il Telescopio da trenta metri (TMT) e il Telescopio Magellano gigante (GMT). Includono anche telescopi che si basano su coronografi (come il Telescopio spaziale James Webb (JWST), in cui un dispositivo all'interno del telescopio viene utilizzato per bloccare la luce di una stella.
Un altro metodo in fase di sviluppo è noto come 'starshade', un dispositivo posizionato per bloccare la luce di una stella prima ancora che entri in un telescopio. Per un telescopio spaziale alla ricerca di esopianeti, un'ombra stellare sarebbe un veicolo spaziale separato, progettato per posizionarsi alla giusta distanza e angolo per bloccare la luce delle stelle dalle stelle che gli astronomi stavano osservando.
Abbiamo molti articoli interessanti sulla caccia agli esopianeti qui su Universe Today. ecco Qual è il metodo di transito? , Cos'è il metodo della velocità radiale? , Che cos'è il metodo di microlenti gravitazionali? , e Universo di Keplero: più pianeti nella nostra galassia che stelle .
Astronomy Cast ha anche alcuni episodi interessanti sull'argomento. ecco Episodio 367: Spitzer crea gli esopianeti e Episodio 512: Imaging diretto di pianeti extrasolari .
Per ulteriori informazioni, assicurati di controllare la pagina della NASA su Esplorazione di pianeti extrasolari , la pagina della Planetary Society su Pianeti extrasolari , e la NASA/Caltech Archivio di pianeti extrasolari .
Fonti: