Rappresentazione artistica del pianeta Au Mic b e della sua giovane stella ospite, una nana rossa. Il sistema si trova a circa 32 anni luce di distanza nella costellazione meridionale del Microscopio. Crediti: Nasa’s Goddard Space Flight Center/Chris Smith (Usra)
Comprendere come si formano i pianeti è una delle sfide più grandi che gli scienziati affrontano quando studiano il nostro e altri sistemi planetari. Si pensa che i pianeti si formino da nubi di gas e polvere a forma di disco, che circondano le stelle appena nate, ma questo processo non è mai stato osservato. Gli astronomi normalmente osservano i pianeti solo dopo che si sono già formati e i percorsi che hanno portato ai loro stati finali devono dedurli da queste osservazioni.
Per più di un decennio, hanno cercato pianeti in orbita attorno a Au Microscopii, una giovane stella a noi vicina, ancora circondata da un disco di detriti rimasto dalla sua formazione. Ora, gli scienziati che utilizzano i dati del Transiting Exoplanet Survey Satellite (Tess) e dell’ormai pensionato Spitzer Space Telescope, entrambi della Nasa, riportano la scoperta di un pianeta grande quanto Nettuno, che orbita attorno alla stella in poco più di una settimana. Il sistema stellare – noto come AU Mic – rappresenta un laboratorio unico nel suo genere per studiare come si formano i pianeti e le loro atmosfere, come evolvono e come interagiscono con le loro stelle.
«Au Mic è una giovane stella nana di tipo M, a noi vicina. È circondata da un vasto disco di detriti in cui sono stati osservati grumi di polvere in movimento e ora, grazie a Tess e a Spitzer, abbiamo trovato un pianeta di cui siamo riusciti a fare una misura diretta delle dimensioni» , riferisce Bryson Cale, della George Mason University di Fairfax, in Virginia. Il nuovo pianeta – Au Mic b – è descritto in un articolo pubblicato su Nature. Addirittura, la Nasa gli ha anche dedicato un poster, della serie Galaxy of Horrors.
Au Mic è una fredda nana rossa, con un’età stimata tra i 20 milioni e i 30 milioni di anni: una stella infante, rispetto al nostro Sole, che è almeno 150 volte più vecchio. La stella è così giovane che brilla principalmente per il calore generato mentre la sua stessa gravità la comprime su sé stessa. Meno del 10% dell’energia della stella proviene dalla fusione dell’idrogeno in elio nel suo nucleo, il processo che alimenta le stelle come il Sole.
Il sistema si trova a 31.9 anni luce di distanza, nella costellazione meridionale del Microscopio. Fa parte di un gruppo di stelle chiamato Associazione di Beta Pictoris, che prende il nome da una stella di tipo A più grande e più calda che ospita due pianeti, circondata anch’essa da un disco di detriti.
Illustrazione di Au Mic “b” le cui dimensioni sono simili a quelle di Nettuno. Crediti: Nasa’s Goddard Space Flight Center/Chris Smith (Usra)
Sebbene i sistemi abbiano la stessa età, i loro pianeti sono notevolmente diversi. Il pianeta Au Mic b quasi abbraccia la sua stella – le è molto vicino – completando un’orbita ogni 8.5 giorni. Ha una massa di meno di 58 volte quella della Terra e dev’essere un mondo simile al nostro Nettuno. Beta Pictoris b e c, invece, sono entrambi almeno 50 volte più massicci di Au Mic b e impiegano rispettivamente 21 e 3.3 anni per orbitare attorno alla loro stella.
«Pensiamo che Au Mic b si sia formato lontano dalla stella e sia migrato verso l’interno fino alla sua orbita attuale, cosa che può accadere quando i pianeti interagiscono gravitazionalmente con un disco di gas o con altri pianeti» , spiega il co-autore Thomas Barclay, un ricercatore dell’Università del Maryland, che lavora al progetto Tess presso il Goddard Space Flight Center della Nasa. «Al contrario, l’orbita di Beta Pictoris b non sembra essere migrata molto. Le differenze tra questi sistemi, di età simile, possono dirci molto su come si formano i pianeti e come migrano» .
Rivelare pianeti attorno a stelle come Au Mic rappresenta una sfida particolare. Queste stelle tempestose possiedono forti campi magnetici e possono essere ricoperte di macchie stellari – regioni più fredde, più scure e altamente magnetiche simili alle macchie solari – che spesso generano potenti flare. Sia le macchie che i flare contribuiscono ai cambiamenti di luminosità della stella. A luglio e agosto 2018, quando Tess stava osservando Au Mic, la stella produsse numerosi flare, alcuni dei quali sono stati più potenti dei flare più forti mai registrati sul Sole. Il team ha eseguito un’attenta analisi per rimuovere questi effetti dai dati Tess.
Quando un pianeta passa davanti alla sua stella (dalla nostra prospettiva) il suo passaggio – chiamato transito – provoca un netto calo della luminosità della stella. Tess osserva meticolosamente ampie aree del cielo, chiamate settori, per 27 giorni alla volta. Durante queste lunghe osservazioni, le telecamere della missione catturano regolarmente istantanee che consentono agli scienziati di tenere traccia dei cambiamenti nella luminosità stellare. Diminuzioni nella luminosità di una stella segnalano la possibilità che davanti alla stella stia transitando un pianeta. Di solito, è necessaria l’osservazione di almeno due transiti per riconoscere la presenza di un pianeta.
Illustrazione di Au Mic, una stella nana rossa, il tipo più numeroso di stelle presenti nella Galassia. Crediti: Nasa’s Goddard Space Flight Center/Chris Smith (Usra)
«Il caso ha voluto che il secondo dei tre transiti si è verificato quando Tess si trovava nel punto più vicino alla Terra. In quel momento, non stava osservando perché era impegnato nel downlink di tutti i dati memorizzati», racconta Diana Dragomir dell’Università del New Mexico ad Albuquerque, coautrice dello studio. «Per riempire il gap nei dati, al nostro team è stato concesso di usare il tempo di osservazione di Spitzer, che ha catturato altri due transiti nel 2019 e ci ha permesso di confermare il periodo orbitale di Au Mic b» .
Poiché la quantità di luce bloccata da un transito dipende dalle dimensioni del pianeta e dalla distanza orbitale, i transiti osservati da Tess e Spitzer hanno fornito una misura diretta delle dimensioni di Au Mic b. L’analisi di queste misurazioni mostra che il pianeta è circa l’8 percento più grande di Nettuno.
Le osservazioni effettuate dagli strumenti a Terra hanno invece fornito limiti superiori per la massa del pianeta. Mentre un pianeta orbita attorno alla stella, la sua forza di gravità attira la stella che di conseguenza si muove leggermente. Gli strumenti estremamente sensibili di cui sono dotati i grandi telescopi a Terra possono rilevare la velocità radiale della stella, ossia il suo movimento – avanti e indietro – lungo la nostra linea di vista. Combinando le osservazioni dell’Osservatorio W. M. Keck e dell’InfraRed Telescope Facility della Nasa alle Hawaii e dell’Osservatorio europeo australe in Cile, il team ha concluso che Au Mic b ha una massa inferiore a 58 masse terrestri.
Per decenni, Au Mic ha incuriosito gli astronomi come possibile dimora per esopianeti, per via della sua vicinanza, della sua giovinezza e del brillante disco di detriti che la circonda. Ora che Tess e Spitzer ne hanno trovato uno, il cerchio si è chiuso. Au Mic è un punto di riferimento, un laboratorio a noi vicino che ci aiuta a comprendere la formazione e l’evoluzione di stelle e pianeti, che saranno studiati per decenni a venire.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature l’articolo “A planet within the debris disk around the pre-main-sequence star AU Microscopii” di Peter Plavchan, Thomas Barclay, Jonathan Gagné, Peter Gao, Bryson Cale, William Matzko, Diana Dragomir, Sam Quinn, Dax Feliz, Keivan Stassun, Ian J. M. Crossfield, David A. Berardo, David W. Latham, Ben Tieu, Guillem Anglada-Escudé, George Ricker, Roland Vanderspek, Sara Seager, Joshua N. Winn, Jon M. Jenkins, Stephen Rinehart, Akshata Krishnamurthy, Scott Dynes, John Doty, Fred Adams, Dennis A. Afanasev, Chas Beichman, Mike Bottom, Brendan P. Bowler, Carolyn Brinkworth, Carolyn J. Brown, Andrew Cancino, David R. Ciardi, Mark Clampin, Jake T. Clark, Karen Collins, Cassy Davison, Daniel Foreman-Mackey, Elise Furlan, Eric J. Gaidos, Claire Geneser, Frank Giddens, Emily Gilbert, Ryan Hall, Coel Hellier, Todd Henry, Jonathan Horner, Andrew W. Howard, Chelsea Huang, Joseph Huber, Stephen R. Kane, Matthew Kenworthy, John Kielkopf, David Kipping, Chris Klenke, Ethan Kruse, Natasha Latouf, Patrick Lowrance, Bertrand Mennesson, Matthew Mengel, Sean M. Mills, Tim Morton, Norio Narita, Elisabeth Newton, America Nishimoto, Jack Okumura, Enric Palle, Joshua Pepper, Elisa V. Quintana, Aki Roberge, Veronica Roccatagliata, Joshua E. Schlieder, Angelle Tanner, Johanna Teske, C. G. Tinney, Andrew Vanderburg, Kaspar von Braun, Bernie Walp, Jason Wang, Sharon Xuesong Wang, Denise Weigand, Russel White, Robert A. Wittenmyer, Duncan J. Wright, Allison Youngblood, Hui Zhang & Perri Zilberman