2/12/14

A proposito di super-terre e di occultazioni **

Prima di arrivare al succo del discorso, fatemi richiamare l’importanza delle occultazioni di stelle da parte di pianeti (o -in modo analogo- di transiti planetari).

Sappiamo benissimo che proprio su questo fenomeno si basava la tecnica osservativa del telescopio Kuiper per la scoperta degli esopianeti. Poca importanza è stata data, forse, a ciò che capita all’inizio e alla fine del transito vero e proprio. Per capire meglio la situazione, prendiamo un caso che sembra completamente diverso, ma che si riconduce allo stessa strategia.

Il pianeta sia, ad esempio, Urano e la stella un qualsiasi astro lontanissimo. La scomparsa della stella dietro al pianeta dura un certo periodo di tempo, legato al moto apparente ed effettivo di Urano nella sfera celeste. Poco importa che moto sia, l’importante è che la stella venga “nascosta” dal pianeta. Il pianeta, però, ha un’atmosfera e la stella che gioca a nascondino è costretta ad attraversarla sia all’inizio che alla fine dell’occultazione. Ovviamente, l’atmosfera ha una sua densità e composizione, per cui la luce della stella diminuisce rispecchiando in qualche modo le caratteristiche atmosferiche. Poi, improvvisamente, la luce della stella sparisce quando passa dietro alla parte più “spessa” del pianeta (se fosse la Terra, sarebbe il momento in cui la stella si nasconde dietro la parte “solida”). Il tutto, compresa la curva di luce, è schematizzato in Fig. 1.

Figura 1
Figura 1

Lo studio della curva di luce di una stella occultata da un pianeta ha quindi un’importanza fondamentale per capire la composizione della sua atmosfera. Oggi, abbiamo altri metodi per analizzare le atmosfere dei pianeti solari, ma ogni tanto questo tipo di osservazione è ancora molto utile per oggetti dotati di atmosfere molto tenui e variabili (vedi alcuni satelliti di Saturno e non solo, e gli stessi Plutone & Co.).

Se ormai possiamo analizzare direttamente e con grande accuratezza l’atmosfera, grazie al miglioramento dei telescopi e della tecnologia ausiliaria, è anche vero che siamo in grado di evidenziare variazioni di luminosità anche minori al millesimo di magnitudine e, spesso, anche aggiungere analisi spettroscopiche.  In qualche modo, l’occultazione stellare, una volta fondamentale per studiare le atmosfere dei nostri fratelli pianeti, rimane un tipo di osservazione da non sottovalutare.

Se, poi, cambiano le distanze relative tra gli oggetti in gioco, l’importanza delle occultazioni diventa ancora più essenziale. Immaginiamo, infatti, che il pianeta con la sua atmosfera sia lontanissimo dalla Terra e vicinissimo alla stella, ossia sia un suo pianeta. La possibilità di osservare direttamente l’atmosfera di un pianeta che non si riesce a vedere diventa molto difficile. Tuttavia, se non si riesce a vedere lui, si riesce a vedere il suo effetto quando passa davanti alla stella. Innanzitutto, perché si fa scoprire e poi perché, se ha un atmosfera, questa si comporta in modo diverso durante l’intera occultazione. Nella Fig. 2 ho riportato i momenti salienti. Ho schematizzato le parti della curva di luce in cui l’atmosfera del pianeta gioca un ruolo predominante, ma ciò che capita dipende soprattutto dalla sua composizione e consistenza.

Figura 2
Figura 2

In realtà, Kepler faceva il lavoro di scoperta, ma lavorava “a casaccio” e non in tempo reale. Mi spiego: lui guardava tantissime stelle, senza sapere cosa stava succedendo, e, solo a posteriori, si andavano a cercare le cadute di luce e la possibile presenza di un pianeta. Una volta che era stato trovato, però, Kepler non poteva tornare indietro e riosservare la stella.  Si cercava, e si cerca tuttora, di vedere se è possibile osservare il sistema anche da terra o con Hubble. L’ideale è seguire il transito da terra, perché è possibile seguire molte volte il fenomeno e, come ben sapete, un'osservazione ripetuta aggiunge sicuramente informazione.

Conclusione di questo lungo preambolo? Se è più che auspicabile inviare nuovi telescopi per studiare esopianeti, è altrettanto importante potere svolgere le stesse osservazioni anche da Terra e con telescopi che non siano particolarmente impegnati nello svolgere ricerche di punta, per le quali sono indispensabili. Riuscire, quindi, a osservare un transito di un esopianeta da terra è una conquista non da poco. Mentre Kepler  poteva arrivare a luminosità ridicole delle stelle (e quindi anche molto lontane), lo stesso non può fare un telescopio terrestre che si ritrova davanti anche la nostra atmosfera. Per adesso, perciò, ci si deve limitare a stelle relativamente vicine, se si vogliono scorgere i transiti di pianeti piuttosto piccoli.

Il primo transito di un pianeta non molto più grande del nostro, osservato da terra, si riferisce al lontano 2009 (GJ 1214 b). Una super-terra che rivolve attorno a una nana rossa situata a 40 anni luce da noi. Un mini-Urano, oltretutto, che è stata classificato molto rapidamente come pianeta d’acqua, vista la densità ricavata. Non dimentichiamo, infatti, che osservare un transito vuol dire stabilire direttamente, e con ottima precisione, il diametro dell’oggetto, insieme alla massa che si ottiene dall’orbita descritta.

L’importanza di una seconda osservazione positiva di una super-terra va quindi accolta con grande soddisfazione per studi futuri. Non è un pianeta “nuovo”, dato che era già stato scoperto con tecniche spettroscopiche, ma la nuova tecnica regala risultati ben diversi sulla reale composizione del pianeta. Parliamo di 55 Cnc e, il quinto e il più vicino della famiglia di una stella visibile a occhio nudo, anch’essa a circa 40 anni luce da noi. La perdita di luce stellare è solo dello 0.05% e ha una durata di due ore. Quanto basta per dire che il suo diametro è circa doppio di quello terrestre e la sua massa circa otto volte.

Un pianeta caldissimo, dato che è vicinissimo alla sua stella di tipo solare (il periodo di rotazione è di solo 18 ore). Si pensa raggiunga i 1700°C, abbastanza per fondere i metalli e quindi ben lontano dal potere ospitare qualsiasi forma di vita “terrestre”.

Nei prossimi anni saranno lanciate missioni (TESS della NASA nel 2017 e PLATO dell’ESA nel 2024) in grado di scoprire dozzine e dozzine di pianeti piccoli e vicini. I telescopi terrestri si stanno preparando per seguire con costanza i nuovi arrivati, dato che sembra che abbiano raggiunto le giuste potenzialità. Nel caso di 55 CNC e si è usato il “piccolo” 2,5 metri di la Palma in Spagna.

Visione artistica di 55 CNC e confrontato con la nostra Terra, Fonte: NASA/JPL.
Visione artistica di 55 CNC e confrontato con la nostra Terra, Fonte: NASA/JPL.

12 commenti

  1. Michael

    Bell'articolo, come sempre.
    Non concordo coi due asterischi del titolo: o io sto migliorando, oppure questo è di più semplice comprensione di quanto tu creda. ;)

  2. che dirti... sono contentissimo! Sì, forse sono stato un po' tirato sulla difficoltà, ma pensavo a quelli che non hanno mai affrontato le occultazioni... Su di te avevo pochi dubbi!!! :mrgreen:

  3. Michael

    Non sopravvalutarmi che poi mi emoziono. :oops:

  4. Paolo

    Premesso che non ho ancora letto l'articolo di approfondimento sulle occultazioni dei satelliti Medicei :oops: , questo articolo però mi riporta a quelli in cui si affronta la spettrometria.

    Vediamo se ha senso quello che ho pensato.

    Per analizzare l'atmosfera del pianeta, se è possibile ottenere uno spettro dell'occultazione, nella fasi in cui la luce della stella attraversa l'atmosfera del pianeta (mi riferisco a quelle che riporti nelle varie figure, per esempio tra A e B), dovrebbero manifestarsi delle righe di assorbimento corrispondenti agli atomi presenti nell'atmosfera del pianeta che assorbono quelle frequenze dell'onda luminosa, ma restituiscono fotoni in direzioni diverse.

    Ha senso ragionare in questo modo?

    Paolo

  5. sicuro Paolo, anche se poi le cose sono un po' più complicate praticamente. Ah... la logica e l'attenzione vincono sempre!

  6. Paolo

    Presumo che sia necessario cercare di separare le righe di assorbimento dovute all'atmosfera della stella da quelle dovute all'atmosfera del pianeta e chissà quali altre complicazioni.

    Anche se a volte si rischia di prendere qualche cantonata (e qui Enzo il tuo ruolo è insostituibile) trovo importante, ogni tanto, cercare di applicare le nozioni che stiamo apprendendo alle notizie riportate, almeno per farsi un'idea più precisa dei fenomeni osservati e dei metodi usati per estrarre le informazioni che i fotoni trasportano.

    L'universo ed i fenomeni che lo animano offrono sempre spunti interessanti per esercitarsi ad applicare quel poco che pensiamo di aver compreso.....e ce n'è per tutti i gusti..... :mrgreen:

    Paolo

  7. gioyhofer

    Sembra che questo metodo permetta di trovare un po' tutto... Anelli dei pianeti, composizione atmosferica dei pianeti e delle stelle... Fantastico!!!!!

  8. Ovviamente, Giorgia, ha dei limiti sia temporali che quantitativi... ma per molte cose è stato (e forse sarà ancora) essenziale.

  9. Mario Fiori

    Quindi Enzo con le prossime missioni la precisione salirà...alle stelle. Abbiamo dunque strumenti a Terra sufficienti da riprendere quanto scoperto dalle predette missioni e poter seguire questi pianeti anche se a questo punto saranno decisamente più piccoli di quelli scoperti fino ad ora?

  10. caro Mario,
    penso che da Terra ci si dovrà accontentare , ancora per molto, di super-terre, senza poter scendere di dimensioni (la differenza di magnitudine sarebbe troppo piccola) e di stelle abbastanza vicine e luminose. Tuttavia, sarebbe già un bel passo avanti...

  11. Lampo

    Ciao Enzo!

    Ma scusa...non manca qualche altro dato oltre a "La perdita di luce stellare è solo dello 0.05% e ha una durata di due ore" per poter affermare "Quanto basta per dire che il suo diametro è circa doppio di quello terrestre e la sua massa circa otto volte."...?

  12. caro Lampo,
    ovviamente, il diametro si deriva dal tempo che impiega a entrare e/o uscire. La massa deriva dalla legge di Newton, dato che si determina la distanza dal periodo... Ricorda la trattazione delle binarie ad eclissi ... il gioco è lo stesso... :wink:

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