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mercoledì 19 novembre 2008

Visto un pianeta extrasolare.

Dopo otto anni di ricerche e ripetute riprese fotografiche di una stella a noi vicina nella speranza di rilevare dei pianeti, l’astronomo Paul Kalas della University of California di Berkeley, ha ricevuto il suo premio: la prima immagine in luce visibile di un pianeta al di fuori del Sistema Solare.
A soli 25 anni luce di distanza dalla Terra, il pianeta, probabilmente con una massa simile a quella di Giove, orbita attorno a Fomalhaut ad una distanza di circa quattro volte l’orbita di Nettuno rispetto al Sole. È stato battezzato, per ora, Fomalhaut b e dovrebbe possedere un sistema di anelli equivalente a quello del nostro Giove primordiale, prima cioè che tutti i detriti si agglomerassero formando i quattro satelliti Medicei.
L’esistenza di questo pianeta è stata sospettata nel 2005, quando un’immagine ripresa con l’Advanced Camera for Surveys del telescopio spaziale Hubble ha mostrato un bordo interno netto al disco di polveri attorno a Fomalhaut, stella della costellazione dei Pesci Australi.
Il bordo così definito ed eccentrico ha suggerito a Kalas che un pianeta in orbita ellittica attorno alla stella potesse dare la forma alla fascia, esattamente come i satelliti “pastori” fanno con gli anelli di Saturno.
“La gravità di Fomalhaut b è la ragione principale per cui l’enorme fascia di polveri attorno a Fomalhaut è scolpita con precisione in un anello”, ha detto Kalas. “Abbiamo anticipato questo nel 2005, ed ora ne abbiamo le prove”.
“È stato difficile dimostrare che un pianeta grande come Giove attorno ad una stella come Fomalhaut non è qualsiasi altra cosa”, ha aggiunto James R. Graham, professore di Astronomia alla UC Berkeley e co-autore della individuazione.
La scoperta è stata riportata il 14 novembre da Science Express, un sito online che pubblica articoli prima della loro pubblicazione sulle riviste scientifiche.
L’articolo scientifico è completato da un articolo apparso su The Astrophysical Journal che analizza le interazioni fra il pianta e la fascia di polveri che circonda Fomalhaut e conferma la stima della massa del pianeta.
“Ogni pianeta ha una zona caotica, che è fondamentalmente una fetta di spazio che racchiude la sua orbita e da cui il pianeta spazza tutte le particelle”, ha detto Eugene Chiang, professore associato di Astronomia a UC Berkeley, autore di quest’ultimo articolo.
“Questa zona aumenta di larghezza con la massa del pianeta, quindi in base alla dimensione della zona spazzata possiamo determinare che la massa è circa quella di Giove”.
Kalas, Graham, Chiang e uno studente di UC Berkeley, Edwin S. Kite, sono co-autori di entrambi gli articoli, in aggiunta a Mark Clampin del Goddard Space Flight Center di Greenbelt. Gli altri autori del pezzo sono Michael P. Fitzgerald dell’Institute of Geophysics and Planetary Science della Lawrence Livermore National Laboratory e John Krist e Karl Stapelfeldt del Jet Propulsion Laboratory di Pasadena.
Kalas si è concentrato sulla stella Fomalhaut fin da quando era studente, 15 anni fa, quando usò la prima tecnologia CCD per osservare la polvere attorno alla stella. Nel 1998 radio-osservazioni in banda submillimetrica del disco hanno mostrato che le polveri fredde sono distribuite su un anello intorno alla stella, similmente all’anello di comete conosciuto come Fascia di Kuiper nel nostro Sistema Solare.
Nel 2004 Kalas iniziò ad usare la Advanced Camera for Surveys di Hubble per sondare la fascia di polveri e tre anni dopo ha dimostrato che il lato interno del disco è estremamente definito e preciso, evidenziando la necessità della presenza di un pianeta per dargli la forma.
Ora ha due fotografie del pianeta, riprese nel 2004 e nel 2006, che dimostrano il suo movimento durante un periodo di 21 mesi, che rispetta esattamente quello che ci si può aspettare da un pianeta che esegue un’orbita attorno a Fomalhaut ogni 872 anni ed a una distanza di 119 unità astronomiche, cioè 17 miliardi e mezzo di chilometri.
“Ho quasi avuto un attacco di cuore quando alla fine di maggio ho avuto la conferma che Fomalhaut b è in orbita attorno alla sua stella”, ha detto Kalas. “È un’esperienza profonda e indescrivibile sapere di aver posato lo sguardo su un pianeta mai visto prima”.
A causa della massa relativamente bassa e della sua ampia orbita, questo pianeta non può essere rilevato con le normali tecniche di ricerca, che cercherebbero di misurare l’oscillazione indotta nella stella dalla trazione esercitata dal pianeta. Gli astronomi sperano che fotografare direttamente i pianeti extrasolari possa diventare un approccio differente alla loro ricerca grazie alle fotografie in banda infrarossa che permetterebbe di evidenziare il calore dei giovani pianeti in fase di raffreddamento.
Ma Fomalhaut b non è stato rilevato con foto infrarosse, ma in banda visibile, anche se per la maggior parte dei pianeti non è possibile a causa della luce accecante della stella. Anche con il coronografo di Hubble, il pianeta non sarebbe stato visibile se fosse stato più vicino o più piccolo.
“Fare una scoperta simile a lunghezze d’onda ottiche è stata una sorpresa totale”, ha aggiunto Kalas.
“Dato che riusciamo a vedere la riflessione della luce, sicuramente Fomalhaut b deve avere un sistema di anelli di una estensione tale da fare sembrare tascabili quelli di Saturno. Questo pianeta può mostrarci come dovevano apparire Giove e Saturno quando avevano solo cento milioni di anni”.
È da notare che tutti gli altri casi di pianeta extrasolare hanno una tale incertezza nella determinazione della massa da pensare che possano essere delle nane brune, stelle che non si sono mai ‘accese’ e che se superano le 13 masse gioviane brillano nell’infrarosso.
Il team scientifico di Fomalhaut, d’altra parte, non ha soltanto utilizzato la luminosità di Fomalhaut b per stimarne la massa, ma anche l’interazione con le fasce di detriti che sarebbero molto più lontane con un pianeta più massivo.
Chiang ha calcolato che la massa sia fra 0,3 e 2 masse gioviane, ma la più probabile è circa 1.
“Se fosse più grande potrebbe distruggere la cintura di detriti che circonda la stella” ha detto Kalas.
La cintura si estende fra 133 e 200 unità astronomiche e Chiang stima una massa totale di diverse masse terrestri.
“C’è così tanto materiale solido nella cintura che potrebbe facilmente fare da base per un altro pianeta di massa gioviana. È un dato consistente con il fatto che Fomalhaut b si sia formato direttamente in quella posizione, così lontano dalla sua stella” ha aggiunto Chiang.
Fomalhaut ha circa 200 milioni di anni e si consumerà in circa un miliardo di anni rendendola di breve vita rispetto al Sole che ha circa 4 miliardi e mezzo di anni e arderà per almeno altri 5.
La sua breve vita è dovuta alla luminosità intrinseca, circa 16 volte quella solare, ma questa caratteristica rende la luminosità su Fomalhaut b simile a quella che riceve Nettuno dal Sole, anche se si trova ad una distanza 4 volte superiore.
È interessante osservare che il pianeta ha misteriosamente aumentato la sua luminosità di circa metà magnitudine stellare fra le osservazioni del 2004 e del 2006 e questo dovrebbe dipendere da fenomeni di surriscaldamento prodotti da celle convettive o gas surriscaldati al limite interno degli anelli del pianeta stesso.
“Non è il pianeta ideale per i teorici, ma è decisamente più complicato”, ha aggiunto Graham.
I ricercatori sono in attesa che la Advanced Camera for Surveys e la Near Infrared Camera ritornino completamente operative per confermare l’orbita del pianeta, scoprire la sorgente della sua curiosa brillantezza nel visibile e forse scoprire altri pianeti.
“Ci sono una pletora di spazi vuoti fra Fomalhaut b e la sua stella che potrebbero contenere agevolmente altri corpi celesti in orbite stabili”, ha concluso Kalas. “Dovremo probabilmente attendere il James Webb Space Telescope per avere una visione più nitida della zona più prossima alla stella, zona dove potrebbe esistere un pianeta con acqua liquida sulla sua superficie”.

La ricerca è finanziata dalla National Aeronautics and Space Administration e dalla National Science Foundation.

Nella prima immagine una foto nel visibile di Fomalhaut, mentre nella seconda l'analisi e confronto delle immagini riprese dal Telescopio Spaziale Hubble.

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