Comunicato Stampa

Nuovi Metodi per saggiare le atmosfere degli Esopianeti

Finalmente svelato Tau Boötis b

27 Giugno 2012

Per la prima volta, una nuova tecnica ingegnosa ha permesso agli astronomi di studiare l'atmosfera di un esopianeta in dettaglio - anche se non passa di fronte alla stella madre. Un'equipe 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. I risultati saranno pubblicati sul numero del 28 giugno 2012 della rivista Nature.

Il pianeta Tau Boötis b [1] è uno dei primi esopianeti scoperti, nel 1996, e rimane uno dei sistemi planetari noti più vicini a noi. 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 grande pianeta gioviano caldo, noto anche come "Giove caldo" che orbita molto vicino alla stella madre.

Come molti esopianeti, questo pianeta non attraversa il disco della stella (come è successo invece per il recente transito di Venere). Finora questi transiti erano indispensabili per permettere lo studio dell'atmosfera dei pianeti gioviani caldi: quando un pianeta transita davanti alla stella, imprime le "orme" della propria atmosfera sulla luce della stella. Poichè la luce della stella non attraversa l'atmosfera di Tau Boötis b prima di giungere a noi, non abbiamo finora potuto studiare l'atmosfera del pianeta.

Ma ora, dopo 15 anni di tentativi di studiare il tenue bagliore emesso dai pianeti gioviani caldi, gli astronomi sono 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. L'equipe ha utilizzato lo strumento CRIRES [2] montato sul VLT (Very Large Telescope) all'Osservatorio dell'ESO al Paranal in Cile. Hanno combinato osservazioni di alta qualità in infrarosso (a lunghezze d'onda vicino ai 2,3 micron) [3] con un abile trucco per separare il debole segnale del pianeta da quello molto più forte prodotto dalla stella madre [4].

L'autore principale dello studio, Matteo Brogi (Osservatorio di Leiden, Olanda), 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 intorno ad altre stelle sono stati scoperti grazie all'effetto gravitazione 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 [5]. Questa nuova tecnica pionieristica è molto più potente: osservando direttamente la luce del pianeta permette agli astronomi di misurare l'angolo di inclinazione del piano dell'orbita del pianeta e quindi di calcolare la massa del pianeta. Tracciando i cambiamenti del moto del pianeta durante l'orbita, l'equipe ha misurato per la prima volta in modo affidabile che Tau Boötis b orbita intorno alla stella madre con un angolo di 44 gradi e ha una massa pari a sei volte quella di Giove nel nostro Sistema Solare.

"Le nuove osservazioni del VLT risolvono dopo 15 anni il problema della massa di Tau Boötis b. E la nuova tecnica ci permette di studiare anche l'atmosfera di altri esopianeti che non transitano di fronte alla propria stella madre, così come di misurarne accuratamente la massa, cosa che era finora impossibile", dice Ignas Snellen (Osservatorio di Leiden, Olanda), coautore dell'articolo. "Questo è un grande passo avanti".

Oltre a rivelare l'atmosfera e misurare la massa di Tau Boötis b, l'equipe ha saggiato l'atmosfera e misurato il tasso 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 un'atmosfera con una temperatura che decresce con l'altezza. Questo è esattamente l'opposto dell'inversione termica - un aumento della temperatura con l'altezza - osservata per altri esopianeti gioviani caldi [6] [7].

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, gli astronomi potranno anche seguire l'andamento dei cambiamenti atmosferici tra mattino e sera.

"Questo studio mostra il potenziale enorme dei telescopi da terra attuali e futuri, come l'E-ELT. Forse un giorno potremo trovare in questo modo le prove della presenza di attività biologica su pianeti simili alla Terra", conclude Ignas Snellen.

Note

[1] Il nome del pianeta, Tau Boötis b, combina il nome della stella, Tau Boötis, o τ Bootis (τ è la lettera greca “tau”, non la lettera “t” ) con la lettera “b” che indica che questo è il primo pianeta scoperto intorno a questa stella.  La designazione "Tau Boötis a" viene usata per la stella stessa.

[2] CRyogenic InfraRed Echelle Spectrometer (o spettrometro a Echelle criogenico nella banda infrarossa).

[3] A lunghezze d'onda infrarosse, la stella madre emette meno che nella banda ottica e perciò questa è la banda più favorevole per identificare il debole segnale del pianeta.

[4] Questo metodo usa la velocità del pianeta in orbita intorno alla stella madre per distinguere la sua radiazione da quella della stella e anche dalle "impronte" dovute all'atmosfera terrestre. La stessa equipe di astronomi ha verificato la tecnica su un pianeta durante il transito, misurando la velocità orbitale mentre attraversava il disco stellare.

[5] Questo accade perchè l'inclinazione dell'orbita non è nota di solito. Se l'orbita del pianeta è inclinata rispetto alla linea di vista tra la Terra e la stella, un pianeta più massiccio produce lo stesso movimento avanti e indietro della stella di un pianeta più leggero in un'orbita meno inclinata e non è possbile separare i due effetti.

[6] Si pensa che l'inversione termica sia dovuta a emissione piuttosto che assorbimento delle molecole, come si evince dalle osservazioni fotometriche di pianeti gioviani caldi osservati con il telescopio spaziale Spitzer. L'esopianeta HD209458b è l'esempio più studiato di inversione termica negli esopianeti.

[7] Questa osservazione favorisce quei modelli in cui la forte emissione ultravioletta associata all'attività cromosferica - simile a quella mostrata dalla stella madre di Tau Boötis b - è responsabile dell'inibizione dell'inversione termica.

Ulteriori Informazioni

Questo risultato è stato presentato nell'articolo "The signature of orbital motion from the dayside of the planet τ Boötis b" che verrà pubblicato dalla rivsita Nature il 28 giugno 2012.

L'equipe è composta da Matteo Brogi (Leiden Observatory, Olanda), Ignas A. G. Snellen (Leiden Observatory), Remco J. de Kok (SRON, Utrecht, Olanda), Simon Albrecht (Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA), Jayne Birkby (Leiden Observatory) e Ernst J. W. de Mooij (University of Toronto, Canada; Leiden Observatory).

Nel 2012 cade il 50^o anniversario della fondazione dell'ESO (European Southern Observatory, o Osservatorio Australe Europeo).  L'ESO è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e l'osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 15 paesi: Austria, Belgio, Brasile, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Gran Bretagna, Italia, Olanda, Portogallo, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera. L'ESO svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. L'ESO ha anche un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. L'ESO gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l'ESO gestisce il Very Large Telescope, osservatorio astronomico d'avanguardia nella banda visibile e due telescopi per survey. VISTA, il più grande telescopio per survey al mondo, lavora nella banda infrarossa mentre il VST (VLT Survey Telescope) è il più grande telescopio progettato appositamente per produrre survey del cielo in luce visibile. L'ESO è il partner europeo di un telescopio astronomico di concetto rivoluzionario, ALMA, il più grande progetto astronomico esistente. L'ESO al momento sta progettando l'European Extremely Large Telescope o E-ELT (significa Telescopio Europeo Estremamente Grande), della classe dei 40 metri, che opera nell'ottico e infrarosso vicino e che diventerà "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo".

Links

• Articolo scientifico su Nature
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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso1227.