Un pianeta giovane e … pulito

Il VLT dell’ESO ci ha fornito un nuovo tassello per lo studio dei primi momenti di formazione planetaria, mostrandoci il più giovane esopianeta finora conosciuto. La notizia mi ha dato lo spunto per fare un quadro della situazione attuale.

Sono ormai parecchie centinaia i pianeti scoperti attorno ad altre stelle. Ormai cominciamo ad avere un quadro quasi completo dei meccanismi di formazione a partire dai dischi proto planetari per arrivare fino ai pianeti adulti. La parte più importante resta però quella in cui i pianeti sono ancora in fase di aggregazione a partire dalla polvere e dal gas. Per potere studiare questi momenti relativamente brevi e fondamentali è necessario “vedere” direttamente i pianeti.

Approfittiamo quindi di una recente scoperta, per fare il punto sugli esopianeti, non tanto per sperare di trovarne qualcuno che possa ospitare la vita, quanto piuttosto per imparare dagli altri ciò che abbiamo fatto noi da piccoli.

I metodi per scoprire i pianeti extra solari sono soprattutto indiretti, ossia si scopre la presenza dell’oggetto di piccola massa, attraverso le “perturbazioni” che causano sulla stessa o sui suoi fratelli già scoperti. Richiamiamo i più importanti, anche se ormai ben conosciuti dai lettori.

1) Velocità radiale o metodo Doppler. Lo spostamento delle righe spettrali permette di misurare il movimento periodico, verso di noi e in senso opposto, di una stella (ossia la velocità radiale). Questo fatto indica la presenza di un compagno, anche se piccolo, che la costringe a rivolvere intorno al comune baricentro. Questa tecnica è stata la più fruttuosa ed ormai si riescono a determinare velocità radiali dell’ordine del metro al secondo.

2) Metodo dei transiti. Similmente alle binarie ad eclisse, un pianeta può transitare davanti al disco stellare e dare luogo a piccole perdite di luce periodiche. E’ molto fruttuoso, ma date le piccolissime variazioni di luminosità necessita conferme attraverso altri metodi. Kepler lavora in questo modo. E’ necessario, comunque, che il piano orbitale abbia una favorevole inclinazione rispetto all’osservatore.

3) Variazione dei tempi di transito. E’ un sottoprodotto di quello precedente. Se vi sono variazioni nel periodo di transito di un pianeta davanti a una stella, deve esistere un altro pianeta che perturba l’orbita del primo. Con questo sistema si può arrivare a oggetti di massa terrestre.

4) “Microlensing” gravitazionale. L’effetto sfrutta l’effetto lente, ossia la capacità di un oggetto più vicino di amplificare e distorcere la luce proveniente da un oggetto estremamente più distante. Se la stella che fa da lente gravitazionale possiede uno o più pianeti questi disturberanno visibilmente la deformazione della luce e indicheranno la presenza di un corpo orbitante. Non è un metodo facile da applicare, ma ha il merito di poter “vedere” pianeti anche lontani dalla propria stella, non essendo vincolato ad effetti gravitazionali o prospettici.

5) Metodo astrometrico. Consiste nello studio delle variazioni del moto proprio di una stella. Se esso presenta degli spostamenti periodici rispetto a una linea retta, si intuisce la presenza di un compagno che può essere anche di dimensioni planetarie. Benché sia stato il primo metodo a essere utilizzato nel secolo scorso, dando speranze risultate poi nulle essendo legate a problemi di taratura dei telescopi, è oggi tra i meno produttivi.

6) Variazione del segnale delle pulsar. Consiste nel disturbo dato da un pianeta al regolarissimo segnale inviato nel radio dalla stella di neutroni. Non è certo tra i più usati, ma è quello che ha permesso di scoprire (casualmente) i primi due pianeti extrasolari.

7) Dischi proto planetari. Nei dischi di polvere e gas inizia la formazione dei pianeti. Questi dischi sono freddi e quindi vengono bene individuati nell’infrarosso. Al loro interno, spazi vuoti e perturbazioni possono indicare la presenza di un pianeta.

Come si vede dai metodi descritti, i primi sei si applicano a pianeti già formati, che possono essere sia giovani che molto vecchi. Non vi sono metodi discriminanti. Si spera soltanto che alcuni siano legati a stelle giovani ed altri a stelle vecchie, in modo da avere un quadro generale dei processi formativi ed evolutivi. Il settimo ci dà invece informazioni sulla fase antecedente la formazione dei pianeti (sempre che poi si riescano a formare) e, al limite, indicazioni indirette di uno o più possibili pianeti appena costruiti o in via di costruzione.

E’ propria questa fase che è di interesse fondamentale, come dicevamo prima. Purtroppo è difficile da osservare per due ragioni: la sua breve durata temporale e la necessità di vedere DIRETTAMENTE un pianeta attraverso una nube di polvere e gas.

I grandi telescopi, con un raffinatissimo potere risolutore, stanno aiutando moltissimo in questo compito, mano a mano che si riesce a mascherare sempre meglio la luce della stella centrale che nasconderebbe, nel visibile, la luce estremamente flebile dei suoi pianeti. Il metodo diretto è comunque poco favorevole alla scoperta di pianeti “caldi”, dato che essi emettono soprattutto nel visibile. Più fortunati, e in fondo più interessanti per noi, sono i pianeti appena nati, ancora freddi e quindi visibili nell’infrarosso dove la stella perde molto della sua luminosità.

Ad oggi sono stati osservati 14 sistemi planetari in modo diretto e ne riporto un loro elenco con alcune caratteristiche:

Pianeta Massa
(M G = 1)
Semia-asse
orbita (UA)
Anno scoperta telescopio
2M1207 b 4 46 2004 VLT
CD-35 2722 b 31 67 2011 Gemini South
HIP 78530 b 23 710 2011 Gemini North
GSC 06214-00210 b 13.5 ~ 320 2010 Palomar – Keck
2M J044144 b 7.5 15 2010 Hubble
WD 0806-661 b ~ 7 2500 2011 Spitzer
CT Cha b 17 440 2008 VLT
1RXS1609 b 8 ~ 330 2008 Gemini North
UScoCTIO 108 b 14 670 2007 diversi
GQ Lup b 21.5 103 2005 VLT
AB Pic b 13.5 275 2005 VLT
beta Pic b 8 12 2008 VLT
HR 8799 e 9 14.5 2010 Keck
HR 8799 d 10 24 2008 Keck
HR 8799 c 10 38 2008 Keck
HR 8799 b 7 68 2008 Keck
Fomalhaut b < 3 115 2008 Hubble
Gallery pianeti extrasolari

Vale sicuramente la pena riportare le immagini che hanno permesso la loro scoperta (Fig. 1 -13). Purtroppo non sono riuscito a trovare quella di WD 0806-661 b – Cliccare sull’immagine per visitare la galleria

Molti di questi pianeti sono probabilmente nane brune, avendo masse notevolmente superiori a quella di Giove. Ma, come sappiamo, non è ancora ben chiaro il passaggio tra nana bruna e pianeta super-gioviano. Particolarmente importanti sono le stelle beta Pic e Fomalhaut. Entrambe mostrano sia il disco proto planetario che un pianeta. Esse quindi si riferiscono proprio a quella fase iniziale di cui parlavamo prima. Oggi, siamo andati ancora oltre ed ecco quindi la notizia che ha dato il via questo articolo. Ancora una volta, è stato il VLT e il suo interferometro ha farci il regalo.

Per la prima volta si è osservato un pianeta in formazione che sta molto probabilmente “pulendo” una parte del disco di materia in cui si sta formando. Ricordate la definizione che ha escluso Plutone dal rimanere un pianeta? “Esso non è riuscito a pulire la zona di formazione”. Il nuovo esopianeta ci sta invece riuscendo molto bene. La stella in questione è T Chamaeleontis (T Cha), un astro simile al nostro Sole. Essa dista circa 350 anni luce dalla Terra e dovrebbe avere un’età di circa sette milioni di anni.

Il disco si divide in una parte più interna molto vicina alla stella che si espande fino a venti milioni di chilometri. Poi si nota una zona vuota. Il disco di polvere e gas ricomincia a 1.1 miliardi di chilometri. Vicino al suo bordo interno, però, è apparso un pianeta o proto pianeta che sia. Sicuramente più piccolo di una stella (Fig. 14)

Una visione artistica del sistema planetario in formazione di T Cha

Figura 14. Una visione artistica del sistema planetario in formazione di T Cha. La stella è primo piano e, nello sfondo, si vede il pianeta dietro il quale ricomincia il disco di polvere e gas. La prima parte del disco non è riportata in quanto nascosta dalla luce stellare – ingrandisci

Riassumiamo ancora una volta la situazione, per evidenziare l’importanza di questa scoperta. Sono già stati osservati dischi proto-planetari. Alcuni hanno anche mostrato “gap”, ossia zone vuote nel disco, ma senza la presenza accertata di pianeti. Dischi insieme a pianeti sono stati scoperti in due casi (beta Pic e Fomalhaut), ma senza zone vuote. Il caso di T Cha è quindi unico e potrebbe riferirsi a una fase estremamente rapida di formazione, quella della “pulizia”.

Ecco una bellissima animazione che descrive il nuovo sistema:

Aspettando la seconda Terra e gli alieni, accontentiamoci della formazione di altri sistemi planetari e di capire i primi vagiti del nostro. Anche questa è sicuramente Scienza!

I commenti di questo post sono in sola lettura poichè precedenti al restyling del 2012. Iscriviti al Forum di Astronomia.com ed entra a far parte della nostra community. Ti aspettiamo! : )

9 Commenti

  1. Grande Enzo!!! Bellissimo articolo!!!
    Ho idea che tra il pianeta in formazione scoperto e la sua stella ci siano delle sorprese.
    Un vuoto così grande tra i due lasca intendere che ci siano altri corpi nel mezzo.
    O solo è una mia impressione? Potrebbe anche essere l’effetto della pressione di radiazione della stella e del flusso di particelle che essa rilascia?

  2. caro Red,
    anch’io penso che ci sia altro all’interno del $gigante$… 😉

  3. Nella zona vuota ci starebbero tranquillamente tutti i pianeti del nostro sistema solare fino a Saturno. Mi parrebbe proprio strano che ci fosse solo il gigante lontano.

  4. Grazie Enzo per l’ottimo articolo!!!!! Veramente interessante!!!!! Concordo anche io sul fatto che quello spazio potrebbe non contenere soltanto del vuoto.

  5. @Enzo
    Articolo bellissimo,molto esaustivo.
    :mrgreen:
    Una domandina in articoli precedenti hai elogiato i telescopi con lenti adattive,mi interesserebbe saperne di più sull’argomento,come posso fare?
    A quale bibliografia posso fare affidamento,sempre se esista,tecnologie così avanzate probabilmente saranno esclusive delle università e politecnici che le hanno sviluppate! 🙄
    Grazie mille
    Buona serata

  6. caro Gimbo,
    si trova molto sull’ottica adattiva. Dipende a che livello vuoi arrivare. Il concetto findamentale è molto semplice e l’avevo già descritto in un articolo di tempo fa. Comunque si trova molto su web italiani e addirittura su wikipedia. Se vuoi andare più in dettaglio, bisogna forse passare all’inglese. Questo ad esempio mi sembra un ottimo sito, con possibilità di entrare in maggiori dettagli. Se invece vuoi qualcosa di veramente tecnico, devo cercare un po’ meglio… Fammi sapere.. 😉
    http://www.ucolick.org/~max/289C/

  7. Caro Enzo, che rabbia non poter essere più chiari con quella ampia zona dove l’immaginazione ci dice che altro c’è quasi sicuramente.
    Si potranno affinare quelle metodologie da te ben illustrate? I nuovi telescopi spaziali se non sbaglio faranno molto ma non miracoli.
    Insomma continuiamo con la teoria che ci darebbe quasi certezze,con la fantasia che ci stimola molto e , siamo ottimisti, un giorno vedremo un alieno che ci saluta con il fazzolettino bianco.
    Bando sgli scherzi, grazie Enzo per l’articolo.

  8. caro Mario,
    ce la faranno sicuramente, migliorando il contrasto e i coronografi. Vedrai che quel vuoto si riempirà, ma sui fazzoletti ho qualche dubbio (per adesso almeno…) :mrgreen: Forse quando vedremo i fazzoletti dovremo anche aver raggiunto un grado di comprensione e partecipazione ben diverso. O -magari- non riusciamo a vederli, anche se già sventolano, solo perchè siamo ancora ciechi per queslla “strana” lunghezza d’onda che è la vera ragione e il vero sentimento… Boh…non farmi fare il filosofo… 😉

  9. @Enzo
    Grazie mille,per iniziare a prendere coscienza di che cosa sia,l’ottica adattiva, penso che il sito illustratomi soddisfi le mie curiosità.