A caccia di nuove Terre

La notizia è di queste ore. Il telescopio spaziale Spitzer, coadiuvato da un network di Osservatori terrestri, ha confermato l’esistenza di un sistema planetario di straordinaria importanza,orbitante attorno ad una stella nana rossa situata a 39 anni luce dalla Terra. Un corteo di 7 esopianeti, probabilmente rocciosi, delle dimensioni terrestri e venusiane è ora pronto ad alimentare nuove e stimolanti suggestioni sulla ipotizzata vita extrasolare.

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Rappresentazione pittorica di mondi lontani. Dalla superficie di un pianeta simile alla Terra e appartenente ad un ipotetico sistema solare,  si scorgono altri pianeti, uno dei quali estremamente vicino e la stella madre al tramonto. Questa potrebbe essere una buona rappresentazione del sistema Trappist-1.

Già nel 2015 e poi nel Maggio del 2016 gli scienziati, utilizzando il telescopio cileno TRAPPIST (The Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope), e altre infrastrutture come il VLT (Very Large Telescope) dell’ ESO ed il  Liverpool Telescope di La Palma nelle Canarie, avevano annunciato la scoperta di tre nuovi pianeti extrasolari, in orbita attorno ad una fredda (temperatura superficiale di 2550 Kelvin) nana rossa di classe spettrale M8, distante 39,5 anni luce dalla Terra, di età stimata in appena 500 milioni di anni. Possiede  magnitudine relativa di 18,8 ed è posta nella costellazione dell’Aquario. La sua designazione è 2MASS J23062928-0502285, mentre al sistema era stato dato il nome di TRAPPIST-1. Il sistema è stato denominato TRAPPIST-1, ad indicare l’omonimo sistema robotico di detenzione situato a  La Silla in Cile.

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Curva di luce tipica di una stella prima e durante il passaggio di un pianeta di fronte ad essa rispetto alla nostra linea visuale.In ascissa figura il tempo trascorso ed in ordinata l’ andamento della brillanza.

Il metodo di detenzione utilizzato è quello, concettualmente molto semplice, dei transiti. Come nel caso di una eclissi o di un transito planetario ( dalla Terra solo di Venere e Mercurio), si misura la caduta della luminosità di una stella, immortalata in una serie di immagini consecutive, nel momento i cui viene attraversata da un corpo che la orbita. La diminuzione è piccolissima, contenendosi mediamente tra lo 0,01% e l’ 1% ma può arrivare  anche a qualche millesimo di magnitudine ed essere quindi quasi impercettibile ( a distanze di anni luce i pianeti sono punti di luce infinitamente piccoli, così come lo è l’ energia stellare riflessa che irradiano nello spazio) e affinché la traccia non sia celata dal bagliore della stella, dal rumore elettronico della strumentazione di ripresa e dall’assorbimento atmosferico, le procedure ( correzione con dark frames, flat field, analisi della linearità del sensore) devono essere calibrate con estrema precisione. Trattandosi comunque di tecniche che seppur con minor grado di precisione, gli astrofili eseguono quando elaborano le proprie immagini, quelli più motivati ed evoluti tra di loro si stanno cimentando in anche questo tipo di indagine, quantomeno per avere la soddisfazione di annoverare tra i propri dati la traccia di un pianeta extrasolare già noto di dimensioni pari almeno a quelle di Giove.

La variazione di luminosità dipende dalle dimensioni della stella e del pianeta, la durata del transito dalla massa della stella e dalla distanza del pianeta. Il lasso di tempo intercorrente tra due successivi transiti costituisce il periodo orbitale.Dal momento che la spettroscopia e altri metodi ci forniscono quasi sempre dimensione e massa stellare, è possibile ricavare il raggio planetario e  applicando la Terza Legge di Keplero si riesce a determinare la distanza media che separa i pianeti dalla stella e quindi il loro inquadramento o meno nella fascia di Goldilocks, la zona in cui è possibile avere acqua liquida e quindi teoricamente, la vita.E’ quanto ha fatto Spitzer: ha misurato  la velocità di rotazione orbitale dei pianeti intorno alla stella madre, le dimensioni e la massa planetaria, permettendo di conseguenza di ipotizzarne la densità, parametro fondamentale per stabilire la composizione chimica e la geologia degli stessi corpi.

E’ ormai convincimento diffuso che i pianeti nella Galassia siano miliardi e si ascrivano ad un novero variegato di dimensioni, composizione e massa. Il primo esopianeta fu scoperto nel  1992, e da allora  ne sono seguiti 3577 . Per gli scienziati però solo una manciata di questi avrebbero i requisiti ideali per ospitare la vita. Si richiedono necessariamente: una stella di massa opportuna, né troppo elevata né troppo esigua. Esiste una relazione empirica approssimativa che lega la massa stellare con la sua vita in miliardi di anni: V_m_e_d_i_a=10^{10}(M_\bullet/M) ^{2,5} ove M_\bullet è la massa del Sole ed M quella della stella in questione. Per il Sole restituisce 10 miliardi di anni, ed avendo la nostra stella circa 4,5 miliardi di anni, essa è a metà della propria vita.

Nel caso di massa elevata, l’astro brucerebbe troppo velocemente il combustibile, invecchierebbe rapidamente in gigante blu e dopo essersi trasformata in supernova, morirebbe in una immane esplosione. Tutto ciò avverrebbe in non più di  in qualche centinaia di milione di anni, lasso di tempo troppo breve perché quel fenomeno così complesso che chiamiamo vita possa alimentarsi e che comunque terminerebbe con il suo annientamento. Nel secondo caso la stella vivrebbe a lungo ( miliardi di anni) ma la sua fascia di abitabilità è molto esigua (letteralmente una cruna dell’ago) e probabilmente la stella si troverebbe in risonanza (e si mostrerebbe fissa in cielo come la Luna vista da noi) con uno o più pianeti.

Per lo sviluppo di qualche forma di vita evoluta è lecito richiedere una superficie solida e ciò esclude i corpi gassosi.Occorre poi che questo candidato sia nella zona vivibile, che abbia acqua allo stato liquido (a meno di ipotizzare un valido sostituto in qualche altro elemento come il carbonio che la sonda Cassini trovò in tutti e tre gli stati di aggregazione sulla luna di Saturno Titano). In un articolo del 2015 feci una trattazione sulle modalità fisico/ matematiche di determinazione della fascia di abitabilità in un qualsiasi sistema planetario, .

Occorre inoltre la presenza di una stabile atmosfera che permetta la respirazione di organismi non acquatici, che alimenti il ciclo dell’ acqua e producendo un effetto serra, mitighi le temperature. Occorre una magnetosfera che protegga dalle sterilizzanti radiazioni cosmiche.E chissà quant’altro occorre…

La tecnologia a disposizione fino a qualche anno fa aveva limitato le ricerche a corpi di dimensioni gioviane, ma oggi le cose sono cambiate.Del resto già un anno fa, attorno a Proxima Centauri, che con i suoi 4.24 anni luce è la stella più vicina al Sistema Solare, e per quel che più conta è anch’essa una nana rossa, fu scoperto un pianeta.

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Scala delle distanze dalla stella madre del sistema planetario Treppist-1. In evidenza la fascia di abitabilità, entro la quale l’acqua potrebbe essere allo stato liquido.

 

 

 

 

 

 

 

Oggi  Spitzer ha confermato tutte quelle previsioni, scoprendo inoltre 5 nuovi pianeti e portando quindi a 7 gli esponenti del sistema TRAPPIST-1. Tre pianeti sono molto promettenti in chiave astrobiologica, in quanto la loro densità suggerisce che siano tellurici ( rocciosi) e potrebbero ospitare degli oceani di acqua liquida.Si caratterizzano per orbite molto vicine tra loro e alla loro stella, in una configurazione che ricalca quella di Giove e le sue lune. Sono stati chiamati TRAPPIST-1e, TRAPPIST-1f e TRAPPIST-1g .Tutto ciò legittima la loro inclusione nella fasci di abitabilità, cioè quella regione attorno ad una stella che permette di avere acqua allo stato liquido ( 0-273 K). Ora tocca al telescopio Spaziale Hubble, che  dovrà ricavare ulteriori dati estremamente stimolanti, come la presenza di un’atmosfera. Ma le maggiori opportunità di analisi verranno forniti dagli strumenti di ultima generazione, ormai prossimi all’entrata in servizio: l’ europeo Extremely Large Telescope ed il sostituto di Hubble, il James Webb Space Telescope. Questi potranno scorgere i marcatori indefettibili della vita ( come la conosciamo) e cioè la presenza in atmosfera di ossigeno e carbonio, anche a distanze cosmiche.

Questa nuova corsa all’oro aggiunge nuovi metodi di indagine alla tradizionale ricerca astrobiologica, fino ad ‘oggi incentrata sulla radioastronomia ( si pensi al progetto SETI ed ai messaggi di Arecibo: ne parlai qui qualche anno fa) e sulla spettroscopia. Ora gli astronomi, fiduciosi, si stanno facendo prendere la mano e arrivano a sostenere che un quinto delle stelle di tipo solare potrebbero possedere pianeti di taglia terrestre nella fascia abitabile.Tradotto in soldoni: 40 miliardi di mondi potenzialmente abitabili nella sola Galassia! Stay tuned..

Infine una menzione di carattere tecnico al poco noto telescopio del sistema TRAPPIST.

Il nome è un acronimo, e significa TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope–South); si tratta di un telescopio robotico belga di 600 millimetri di apertura (gestito dalla divisione Astrophysique et Traitement de l’Image dell’Università di Liegi e l’Osservatorio di Ginevra), operante dal 2010 presso l’e strutture dell’ ESO di La Silla; l’acronimo  significa  Impiegano filtri a banda larga, è votato alla ricerca di esopianeti attraverso il metodo della velocità radiale e quello dei transiti. Fu concepito proprio per identificare il passaggio di una super-Terra di fronte ad una nana rossa o di un pianeta simile a Nettuno di fronte ad una stella grande quanto il nostro Sole.Transit light curves obtained by TRAPPIST will be used to determine precisely the size of the planet and to possibly detect gravitational perturbations due to an undetected planet. Lo strumento è anche in grado di misurare l’energia propria riemessa nell’infrarosso ( corpo nero) da un pianeta gigante fortemente irradiato dalla luce stellare, nel momento in cui questa viene bloccata dall’occultazione operata della propria stella.Speciali filtri interferenziali lo rendono inoltre un valido cacciatore di comete.L’ottica a riflessione di TRAPPIST  è di tipo Ritchey-Chretien: lo specchio principale misura  600 millimetri di apertura e la focale è di 4.8 metri. Il telescopio lavora su di una montatura equatoriale alla tedesca motorizzata col sistema direct drive che eliminando i nefasti periodismi degli accoppiamenti meccanici ruota dentata-vite senza fine, ne permette un inseguimento pressoché perfetto ( errore <10″ d’arco in 10 minuti senza autoguida) ed una velocità di spostamento fino a 50 gradi al secondo. La camera, raffreddata a celle di Peltier è equipaggiata con un chip Fairchild 3041 2kX2k, retro illuminato, che fornisce una scala d’immagine da 0.64”/pixel. e un campo coperto totale pari a 22’ × 22’. La camera è equipaggiata con due ruote porta-filtri: una per filtri a banda larga per la detenzione planetaria (Johnson B, V , R, Cousins Ic, Sloan z ′ e filtro ‘I + z’ ). L’altra con filtri narrowband per lavori cometari.

Andrea.B@Webmaster

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Di formazione giuridica, da circa 15 anni mi interesso di astronomia ,di aeroplani, di scienza in genere e divulgazione.
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