Questa illustrazione mostra il pianeta Koi-5Ab che transita davanti a una stella simile al Sole, che fa parte di un sistema a tre stelle situato a 1800 anni luce di distanza, nella costellazione del Cigno. Crediti: Caltech/R. Hurt (Infrared Processing and Analysis Center, or Ipac)
Poco dopo l’inizio delle operazioni della missione Kepler della Nasa, nel 2009, il telescopio spaziale individuò quello che si pensava fosse un pianeta grande circa la metà di Saturno, in un sistema composto da più stelle. Si chiamava Koi-5Ab e fu il secondo candidato trovato dalla missione. Era un periodo di grande eccitazione generale, per via degli innumerevoli risultati che stava dando la missione, e alla fine Koi-5Ab fu messo da parte mentre Kepler collezionava sempre più scoperte di nuovi esopianeti.
Alla fine delle operazioni, nel 2018, Kepler aveva scoperto ben 2394 esopianeti e altri 2366 candidati che ancora necessitavano di conferma. «Koi-5Ab è stato abbandonato perché era complicato e avevamo migliaia di candidati», confessa David Ciardi dell’Exoplanet Science Institute della Nasa. «C’erano candidati più facili rispetto a Koi-5Ab e stavamo imparando qualcosa di nuovo da Kepler ogni giorno. Così, Koi-5 è stato dimenticato».
Dimenticato sì, ma non perduto.
Ora, dopo una lunga caccia durata molti anni – e che ha coinvolto molti telescopi – Ciardi ha, a suo dire, “resuscitato Koi-5Ab dai morti”. Grazie alle nuove osservazioni del Transiting Exoplanet Survey Satellite – Tess, il secondo cacciatore di esopianeti della Nasa – e a una serie di telescopi terrestri, Ciardi è stato finalmente in grado di vederci più chiaro in quello strano sistema stellare e provare finalmente l’esistenza di Koi-5Ab.
Molto probabilmente, date le sue dimensioni, si tratta di un gigante gassoso come Giove o Saturno. È piuttosto insolito in quanto orbita attorno a una stella in un sistema che presenta altre due stelle compagne, muovendosi su un piano che non è allineato con almeno una delle stelle. La disposizione dei corpi celesti del sistema mette in dubbio il modo in cui ogni membro può essersi formato dalle stesse nubi di gas e polvere. «Non siamo a conoscenza di molti pianeti che appartengono a sistemi con tre stelle, e questo è davvero speciale perché la sua orbita è distorta», spiega Ciardi. «Abbiamo ancora molte domande su come e quando possono formarsi pianeti in sistemi a più stelle, e su come le loro proprietà si confrontano con quelle di pianeti in sistemi a stella singola. Studiando questo sistema in modo più dettagliato, forse potremo ottenere informazioni su come l’universo crea i pianeti».
Impressione artistica di Tess, il Transiting Exoplanet Survey Satellite della Nasa. Crediti: Nasa
Dopo la sua rilevazione iniziale da parte di Kepler, Ciardi e altri ricercatori avevano individuato Koi-5Ab in un gruppo di candidati esopianeti su cui stavano indagando. Utilizzando i dati dell’Osservatorio W. M. Keck alle Hawaii, dell’Osservatorio Palomar del Caltech vicino a San Diego e del Gemini North alle Hawaii, hanno stabilito che Koi-5b sembrava girare intorno a una stella in un sistema a tre stelle. Tuttavia, non erano riusciti a stabilire se il segnale del pianeta fosse in realtà un glitch di una delle altre due stelle o, nel caso in cui il pianeta fosse reale, attorno a quale delle stelle orbitasse.
Poi, nel 2018, è arrivato Tess che, come Kepler, va a caccia di esopianeti sfruttando il metodo dei transiti. Tess ha osservato una parte del campo visivo di Kepler, incluso il sistema Koi-5 e, con una certa sicurezza, ha identificato Koi-5Ab come possibile candidato (che ha chiamato Toi-1241b). Come Kepler aveva osservato in precedenza, Tess è arrivato alla conclusione che il pianeta orbita intorno alla sua stella all’incirca ogni cinque giorni.
A quel punto i ricercatori hanno rianalizzato tutti i dati, cercando nuovi indizi dai telescopi terrestri. Utilizzando un metodo alternativo a quello impiegato dai due telescopi spaziali (il metodo delle velocità radiali), l’Osservatorio Keck viene spesso utilizzato per i follow-up di esopianeti misurando la leggera oscillazione nel moto di una stella quando un pianeta le gira intorno ed esercita una certa forza gravitazionale. Grazie alla collaborazione con il California Planet Search, Ciardi ha trovato queste oscillazioni nei dati del Keck del sistema Koi-5, indice dell’esistenza del pianeta. Insieme, i dati raccolti dai telescopi spaziali e terrestri hanno contribuito a confermare che Koi-5Ab è a tutti gli effetti un pianeta in orbita attorno alla stella primaria del sistema triplo.
Vediamo com’è fatto questo strano sistema triplo. Koi-5Ab orbita attorno alla stella A, che ha una compagna relativamente vicina, la stella B. La stella A e la stella B orbitano l’una attorno all’altra ogni 30 anni. Una terza stella legata gravitazionalmente alle due – la stella C – orbita attorno alle stelle A e B ogni 400 anni.
Combinando i vari set di dati si vede che il piano orbitale del pianeta non è allineato con il piano orbitale della stella B, come ci si potrebbe aspettare se le stelle e il pianeta si fossero formate dallo stesso disco di materiale vorticoso. Gli astronomi non sono sicuri di cosa abbia causato il disallineamento di Koi-5Ab, ma credono che la seconda stella abbia “calciato” via il pianeta durante il suo sviluppo, inclinando la sua orbita e facendolo migrare verso l’interno.
Il sistema stellare Koi-5 è composto da tre stelle etichettate con le lettere A, B e C in questo diagramma. Le stelle A e B orbitano l’una attorno all’altra ogni 30 anni. La stella C orbita attorno alle stelle A e B ogni 400 anni. Il sistema ospita un pianeta noto, chiamato Koi-5Ab, che è stato scoperto e caratterizzato utilizzando i dati delle missioni Kepler e Transiting Exoplanet Survey Satellite della Nasa, oltre a telescopi terrestri. Koi-5Ab ha una massa che è circa la metà della massa di Saturno e orbita attorno alla stella A circa ogni cinque giorni. La sua orbita è inclinata di circa 50 gradi rispetto al piano in cui orbitano le stelle A e B. Gli astronomi sospettano che questo disallineamento sia stato causato dalla stella B che ha “calciato” via il pianeta durante il suo sviluppo, inclinando la sua orbita e facendolo migrare verso l’interno. Crediti: Caltech/R. Hurt (Infrared Processing and Analysis Center, or Ipac)
I sistemi a tre stelle costituiscono circa il 10 percento di tutti i sistemi stellari. Questa non è la prima prova di pianeti in sistemi a due o tre stelle. Eppure, nonostante centinaia di scoperte di pianeti in sistemi stellari multipli, in questi sistemi sono stati osservati molti meno pianeti rispetto a quelli in sistemi a stella singola. Questo fatto potrebbe essere dovuto a un bias osservativo (i pianeti a stella singola sono più facili da rilevare) oppure al fatto che la formazione dei pianeti è in realtà meno comune nei sistemi a stelle multiple.