Il campo di vista del telescopio spaziale Kepler, nelle costellazioni del Cigno, della Lira e del Dragone. Crediti: Nasa
I risultati delle osservazioni dell’esopianeta Kepler-19b, condotte da un team di ricercatori con lo spettrografo Harps-N presso il Telescopio nazionale Galileo, alle Canarie, è stato pubblicato il 24 aprile scorso su The Astronomical Journal. In particolare, sono stati definiti con precisione la massa, il raggio e la composizione chimica dell’esopianeta grazie all’utilizzo di due diverse tecniche. Ne emerge che Kepler-19b, pur avendo dimensioni molto simili a quelle della Terra, è assai meno denso: possiede un nucleo roccioso circondato da uno strato di gas. Il suo raggio è pari a 2,2 raggi terrestri.
Kepler-19 è un sistema planetario già studiato nel 2011, essendo stato uno tra i primi a essere individuato dalla sonda Nasa Kepler, lanciata nel 2009. Questa sonda, specificatamente progettata per monitorare una porzione della nostra regione della Via Lattea, ha come obiettivo la ricerca pianeti extra-solari simili alla Terra. Kepler utilizza il metodo dei transiti, puntando sempre la stessa porzione di cielo per alcuni anni. Ed è proprio tramite il metodo dei transiti, grazie al quale è stato possibile calcolarne il raggio, che era stato scoperto Kepler-19b, in orbita intorno a una stella simile al Sole. Restavano però sconosciute la massa, la densità e la composizione chimica. Inoltre, non era chiaro se Kepler-19b fosse l’unico pianeta a orbitare intorno alla stella o se appartenesse a un sistema multiplo.
Kepler-19 nel diagramma massa/raggio. Le linee colorate indicano le composizioni planetarie predette dai modelli teorici. La fascia collisionale segna il raggio minimo di un pianeta dato dalle teorie di formazione. Le unità sono in raggi e masse terrestri. Crediti: L. Malavolta et al.
Ora, se di un pianeta sono noti la massa (dedotta con il metodo delle variazioni delle velocità radiali lungo la linea di vista) e il raggio (con il metodo dei transiti), è possibile misurarne la densità e quindi la composizione chimica interna dal diagramma massa/raggio (vedi grafico qui a fianco).
Note queste informazioni, i pianeti si dispongono sul diagramma secondo la loro composizione chimica. La precisione delle misure è fondamentale per la determinazione della composizione. Se l’errore supera il 20 per cento, la barra d’errore spazia così tanto nel diagramma da occupare altre posizioni corrispondenti a composizioni chimiche differenti.
La stella intorno a cui orbita Kepler-19 è abbastanza debole rispetto a quanto richiesto da questo tipo di osservazioni, cosa che ha reso lo studio particolarmente difficile. Per misurare precisamente la massa dei pianeti piccoli come la Terra con la tecnica delle velocità radiali si ha bisogno di stelle brillanti, fino a circa la dodicesima magnitudine. Il metodo delle velocità radiali da solo non sarebbe stato sufficiente per ottenere questa precisione nella determinazione della massa. Fortunatamente, Kepler-19b è uno dei pochi pianeti che mostrano variazioni apprezzabili dei tempi di transito, ed è stato possibile utilizzare il metodo Transit Time Variation (Ttv). Si tratta di una tecnica, applicabile ai sistemi planetari multipli, che permette di determinare la massa di un pianeta tramite la variazione nel tempo del periodo del pianeta appartenente allo stesso sistema osservato con il metodo dei transiti (che chiameremo quindi “transitante”). A causa della loro interazione gravitazionale, si verifica una variazione del periodo del pianeta “transitante” dalla cui entità si deduce la presenza di un altro pianeta – o più di uno – e quindi la sua massa.
Alcuni degli autori dello studio afferenti all’Università di Padova. In prima fila da sinistra: Luca Malavolta, Luca Borsato e Valentina Granata. In seconda fila da sinistra: Giampaolo Piotto e Valerio Nascimbeni. Crediti: Domenico Nardiello
A parte Kepler-19 e una manciata di altri casi, le stelle con pianeti che presentano variazioni di tempo di transito sono invece quasi tutte deboli (magnitudine 14/15). Kepler-19 era un ottimo candidato per la survey effettuata da Harps-N, che ha comunque richiesto notevole impegno. «La prima difficoltà è stata capire di quanti pianeti fosse composto il nostro sistema», spiega Luca Malavolta, ricercatore all’Università di Padova, autore principale dello studio insieme a Valentina Granata e Luca Borsato. «Riuscivamo a distinguere tre segnali distinti che si sovrapponevano: due segnali chiari individuati con le velocità radiali e uno meno chiaro relativo al pianeta transitante. Abbiamo capito che sarebbero state necessarie molte più osservazioni, anche per escludere che fosse un falso-positivo».
«Per prima cosa abbiamo visto i segnali dalle velocità radiali», prosegue Malavolta, «e abbiamo individuato il pianeta interno (quello “transitante”) e i due esterni. In seguito, abbiamo effettuato alcune simulazioni dinamiche per capire entro che limiti di massa e periodo aspettarci i pianeti esterni tali da spiegare le variazioni di periodo del pianeta transitante. Usando solo il metodo delle velocità radiali non saremmo stati in grado in grado di determinare precisamente la massa dei tre pianeti, mentre utilizzando anche la tecnica Transit Time Variation abbiamo ottenuto le masse di tutti e tre i pianeti con un errore inferiore al 20 per cento, condizione necessaria affinché si possa dedurre con precisione la composizione chimica dal diagramma massa/raggio».
Per saperne di più:
- Leggi suThe Astronomical Journal l’articolo “The Kepler-19 system: a thick-envelope super-Earth with two Neptune-mass companions characterized using Radial Velocities and Transit Timing Variations“, di Luca Malavolta, Luca Borsato, Valentina Granata, Giampaolo Piotto, Eric Lopez, Andrew Vanderburg, Pedro Figueira, Annelies Mortier, Valerio Nascimbeni, Laura Affer, Aldo S. Bonomo, Francois Bouchy, Lars A. Buchhave, David Charbonneau, Andrew Collier Cameron, Rosario Cosentino, Courtney D. Dressing, Xavier Dumusque, Aldo F. M. Fiorenzano, Avet Harutyunyan, Raphaëlle D. Haywood, John Asher Johnson, David W. Latham, Mercedes Lopez-Morales, Christophe Lovis, Michel Mayor, Giusi Micela, Emilio Molinari, Fatemeh Motalebi, Francesco Pepe, David F. Phillips, Don Pollacco, Didier Queloz, Ken Rice, Dimitar Sasselov, Damien Ségransan, Alessandro Sozzetti, Stéphane Udry, Chris Watson
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