Cercare pianeti extrasolari, nella pratica della ricerca, quasi mai si traduce davvero nel cercare i pianeti extrasolari. Si osservano piuttosto le stelle che sembrano candidati ottimali a ospitare sistemi planetari, si studia la loro luce e la si scompone per cercare tracce della presenza di altri mondi. Si guarda, ad esempio, se la loro luce varia in intensità in modo periodico a causa del transito di un corpo che non emette luce davanti – la tecnica dei transiti – oppure si guarda se la stella si muove un po’ di qua e di là disturbata dall’influsso gravitazionale della sua corte – la tecnica delle velocità radiali.
Quasi mai si cerca di osservare i pianeti direttamente. Troppo difficili da vedere, soprattutto quelli simili alla Terra: troppo piccoli e scuri rispetto alla luce accecante della stella. Molto più semplice trovare pianetoni gassosi, molto più grandi di Giove e che orbitano attorno a stelle giovani, molto lontani dalla zona abitabile. Nulla di più inospitale, per la vita.
A occhio nudo, Alpha Centauri si presenta come una singola stella luminosa, ma il sistema è in realtà composto da una coppia di stelle binarie, Alpha Centauri A e Alpha Centauri B, più la debole nana rossa Alpha Centauri C, conosciuta anche come Proxima Centauri. Crediti: Yuri Beletsky/Lco/Eso
Per questo lo studio dei pianeti nelle cosiddette zone abitabili è stato finora portato avanti soprattutto mediante i primi due metodi – o con una combinazione dei due. E per lo stesso motivo l’articolo uscito ieri, mercoledì 11 febbraio, su Nature Communications rappresenta una vera e propria novità nel campo. Gli autori dello studio hanno infatti messo in piedi e testato un nuovo metodo per effettuare immagini dirette di esopianeti nella zona abitabile di stelle vicine. Si tratta di una tecnica di imaging nel medio infrarosso (fra 10 e 12.5 micrometri circa) che, se integrata per un tempo di osservazione molto lungo (dell’ordine delle cento ore), può catturare direttamente immagini di pianeti con dimensioni circa tre volte la Terra all’interno delle zone abitabili di stelle vicine.
«Se vogliamo trovare pianeti con condizioni adatte alla vita come la conosciamo, dobbiamo cercare pianeti rocciosi più o meno delle dimensioni della Terra, all’interno delle zone abitabili intorno a stelle più vecchie e simili al Sole», spiega Kevin Wagner, primo autore dell’articolo, ricercatore postdoc del programma Hubble Fellowship della Nasa presso l’Osservatorio Steward dell’Università dell’Arizona.
Il metodo descritto nell’articolo di Wagner e colleghi per trovare questi oggetti può aumentare più di dieci volte l’attuale capacità di osservare direttamente gli esopianeti. Oltre alle difficoltà tecniche, infatti, un altro problema dell’approccio finora adottato riguardava le frequenze della luce osservate: la maggior parte dei tentativi di imaging diretto di esopianeti si concentrava a lunghezze d’onda infrarosse inferiori ai 10 micron, proprio appena sotto il regime in cui tali pianeti brillano di più.
«C’è una buona ragione per questo: la Terra stessa è brillante a queste lunghezze d’onda», continua Wagner. «L’emissione infrarossa del cielo, della camera e del telescopio stesso però annacquano moltissimo il segnale. Ma la forte motivazione per continuare a cercare a queste lunghezze d’onda è che è lì che un pianeta simile alla Terra nella zona abitabile intorno a una stella simile al Sole brillerà di più».
Il team – come parte dell’iniziativa Breakthrough Watch/New Earths in the Alpha Centauri Region – ha usato il Very Large Telescope (Vlt) dell’Eso, in Cile, per osservare il sistema stellare a noi più vicino: Alpha Centauri, a soli 4.4 anni luce di distanza. Alpha Centauri è un sistema stellare triplo: è composto da due stelle – Alpha Centauri A e B – simili al Sole per dimensioni ed età e che orbitano una intorno all’altra come un sistema binario e una terza stella – Alpha Centauri C, ma meglio conosciuta come Proxima Centauri –, una nana rossa molto più piccola che orbita attorno alle sue due sorelle a grande distanza.
Un pianeta grande non più del doppio della Terra in orbita nella zona abitabile intorno a Proxima Centauri è già stato osservato – indirettamente – attraverso la tecnica delle velocità radiali. Secondo gli autori dello studio, anche Alpha Centauri A e B potrebbero ospitare pianeti simili, ma i metodi di rilevamento indiretto non sono ancora abbastanza sensibili per trovare pianeti rocciosi nelle loro zone abitabili – più lontane rispetto alla compagna.
Per aumentare la sensibilità nel prendere le immagini, gli scienziati hanno utilizzato uno specchio secondario adattivo del telescopio atto a correggere la distorsione della luce causata dalle turbolenze dell’atmosfera terrestre. Inoltre, i ricercatori hanno usato un coronografo – una sorta di maschera per coprire la luce diretta proveniente dalle stelle, usato su una di esse per volta –, e lo hanno ottimizzato alle lunghezze d’onda del medio infrarosso. Infine, per osservare simultaneamente le zone abitabili di entrambe le stelle, gli scienziati si muovevano rapidamente e continuamente da Alpha Centauri A a Alpha Centauri B.
Alpha Centauri A (a sinistra) e Alpha Centauri B riprese dal telescopio spaziale Hubble. Situata nella costellazione del Centauro, a una distanza di 4.3 anni luce dal Sistema solare, la coppia di stelle orbita attorno a un centro di gravità comune una volta ogni 80 anni, con una distanza media pari a circa 11 volte quella tra la Terra e il Sole. Crediti: Nasa / Esa / Hubble
«Siamo riusciti a invertire la stella coperta dal coronografo ogni decimo di secondo», spiega Wagner. «Questo ci ha permesso di osservare ogni stella per la metà del tempo totale e, cosa importante, ci ha permesso di sottrarre ogni fotogramma dal fotogramma successivo, rimuovendo tutto ciò il rumore proveniente dalla fotocamera e dal telescopio».
La velocità d’esecuzione di questa alternanza di puntamento è davvero fondamentale alle lunghezze d’onda infrarosse – molto di più che in altri domini dello spettro elettromagnetico – poiché l’emissione termica – del cielo ma anche degli oggetti – è molto variabile nel tempo ed è importante sottrarre sempre due fotogrammi con il rumore più simile possibile. Grazie a questo approccio, gli scienziati sono riusciti a rimuovere la maggior parte del rumore indesiderato aprendo le porte alla rilevazione di segnali molto più deboli creati dai pianeti cercati.
Le osservazioni di Alpha Centauri, lo dicevamo, si sono protratte per un totale di quasi cento ore nell’arco di un mese nel 2019, e contano più di 5 milioni di immagini. I 7 terabyte di dati raccolti sono stati resi disponibili pubblicamente. Si tratta di una delle prime campagne di imaging diretto di esopianeti che ha utilizzato e “impilato” i dati raccolti durante diverse notti di osservazione per aumentare la sensibilità finale. Dopo aver rimosso gli artefatti – falsi segnali creati dalla strumentazione e dalla luce residua del coronografo – l’immagine finale ha rivelato una presenza, che gli scienziati hanno indicato come “C1”: potrebbe trattarsi di un esopianeta all’interno della zona abitabile.
«C’è una sorgente puntiforme che assomiglia a quello che ci aspetteremmo di vedere da un pianeta, e che non sapremmo attribuire a nessuna delle correzioni degli errori sistematici», dice Wagner.
Le simulazioni suggeriscono che “C1” potrebbe essere un pianeta con dimensioni comprese fra Nettuno e Saturno a una distanza da Alpha Centauri A simile alla distanza tra la Terra e il Sole. Tuttavia, gli autori affermano chiaramente che il livello di confidenza raggiunto dai dati non consente di affermare con certezza la natura del pianeta, e che verifiche successive saranno necessarie per escludere la possibilità che C1 sia generato da qualche artefatto sconosciuto proveniente dallo strumento stesso.
Gli autori, inoltre, intendono intraprendere un’altra campagna osservativa simile nel giro di pochi anni, allo scopo di catturare questo potenziale esopianeta in una posizione diversa, magari quella attesa dai modelli di previsione della sua orbita e – in futuro – sfruttando la generazione di telescopi giganti in costruzione che, secondo le previsioni, aumenteranno l’efficacia di questo metodo fino a un fattore dieci. Nuovi, interessanti candidati da guardare sono Sirio, la stella più luminosa del cielo notturno, e Tau Ceti, che ospita un sistema planetario già osservato indirettamente.
«Rendere questa tecnica una modalità di osservazione di routine – e poter quindi prendere la temperatura dei pianeti che orbitano all’interno delle zone abitabili delle stelle vicine – sarà una svolta per l’esplorazione di nuovi mondi e per la ricerca della vita nell’universo», conclude Daniel Apai, co-autore dello studio e professore associato all’università dell’Arizona.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Communications l’articolo “Imaging low-mass planets within the habitable zone of α Centauri”, di K. Wagner, A. Boehle, P. Pathak, M. Kasper, R. Arsenault, G. Jakob, U. Käufl, S. Leveratto, A.-L. Maire, E. Pantin, R. Siebenmorgen, G. Zins, O. Absil, N. Ageorges, D. Apai, A. Carlotti, É. Choquet, C. Delacroix, K. Dohlen, P. Duhoux, P. Forsberg, E. Fuenteseca, S. Gutruf, O. Guyon, E. Huby, D. Kampf, M. Karlsson, P. Kervella, J.-P. Kirchbauer, P. Klupar, J. Kolb, D. Mawet, M. N’Diaye, G. Orban de Xivry, S. P. Quanz, A. Reutlinger, G. Ruane, M. Riquelme, C. Soenke, M. Sterzik, A. Vigan e T. de Zeeuw