Può un pianeta extrasolare “accendere” una stella?

In una Lettera sulla rivista Astrophysical Journal gli astronomi del programma osservativo Global Architecture for Planetary Systems (GAPS) raccontano di un fenomeno di interazione stella-pianeta mai osservato prima. Il monitoraggio simultaneo in raggi X e in luce visibile della stella HD 17156 ha consentito di cogliere un aumento dell’emissione luminosa in coincidenza con il passaggio ravvicinato e veloce di un pianeta al periastro. Un pianeta di tipo gioviano può somigliare quindi a un fiammifero!

Rappresentazione artistica di un sistema planetario. Crediti: Michael Kidderly.
Rappresentazione artistica di un sistema
planetario. Crediti: Michael Kidderly.

Molti dei pianeti extrasolari fino a oggi scoperti sono di tipo Hot Jupiter, ovvero pianeti di massa comparabile a quella del nostro Giove, ma posti a distanza ravvicinata dalla propria stella e quindi con una temperatura superficiale molto elevata. Distanza ravvicinata significa pianeti a pochi centesimi di Unità Astronomica dalla stella, quindi anche più vicini di quanto lo è Mercurio al Sole. È possibile che il pianeta e la stella si influenzino a vicenda in questi casi? In teoria sì, ma in pratica sono ancora pochissime le osservazioni utili a mettere alla prova questa ipotesi.

Uno dei modi in cui si può realizzare questo fenomeno di interazione stella-pianeta è tramite i campi magnetici di stella e pianeta: se tali campi magnetici esistono, possono venire in contatto e provocare un rilascio di energia che riscalda il gas nell’atmosfera esterna della stella, come anche dell’atmosfera del pianeta. Se ciò avviene, diversi modelli teorici suggeriscono che l’emissione di luce dalla cromosfera e dalla corona della stella possa aumentare, rendendo quindi “visibile” il fenomeno. In pratica però tutto questo è difficile da dimostrare, perché l’emissione di radiazione della stella può variare anche per altri motivi, indipendenti dalla presenza del pianeta. Come fare, quindi?

Sicuramente di primaria importanza è l’aspetto tecnologico per il quale lo spettrografo ad alta risoluzione HARPS-N, montato al Telescopio Nazionale Galileo e di cui si avvale il gruppo GAPS, può vantare altissime prestazioni.

Un gruppo di astronomi del programma GAPS, coordinato da Antonio Maggio dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo, ha avuto l’idea di studiare il comportamento di un sistema extrasolare in cui il pianeta gira attorno alla stella in un’orbita molto ellittica. La stella in oggetto si chiama HD 17156 e ospita un pianeta con una massa pari a tre volte quella di Giove, in un’orbita molto allungata (con eccentricità e=0,7) che completa in un periodo di circa 21 giorni. Ciò significa che il pianeta passa la maggior parte del tempo molto lontano dalla stella, quindi senza possibilità di influenzarla, ma ogni 21 giorni compie un passaggio ravvicinato che la porta a una distanza minima di appena 7 volte il raggio della stella. Secondo una delle leggi di dinamica formulate da Johannes Kepler nel XVII secolo, al momento del suo passaggio al periastro, ovvero nel punto più vicino alla stella, il pianeta raggiunge la massima velocità, tanto più elevata quanto maggiore è l’eccentricità dell’orbita. Il pianeta gioviano caldo di HD 17156 compie questo passaggio ravvicinato alla velocità di circa 576 000 km all’ora! In questa situazione, la possibilità di un’interazione magnetica stella-pianeta è molto accentuata al periastro, ma non in altri punti dell’orbita, perché il pianeta torna ad essere troppo lontano e lento. Da qui l’idea di osservare la stella HD 17156 in due momenti diversi: al periastro e lontano dal periastro.

Per essere più sicuri nell’interpretazione delle osservazioni, gli autori di questa ricerca hanno fatto in modo di osservare la stella simultaneamente in raggi X, con il satellite XMM-Newton dell’Agenzia Spaziale Europea, e con lo spettrografo HARPS-N istallato al Telescopio Nazionale Galileo nell’isola di La Palma (Canarie). Le due osservazioni, effettuate nel settembre del 2014, hanno mostrato per la prima volta “in diretta” il fenomeno tanto ricercato: nella prima delle due osservazioni (9 settembre), con il pianeta lontano dal periastro, la stella non è risultata visibile, in quanto essa è molto poco attiva di per sé; la seconda osservazione (21 settembre), poche ore dopo il passaggio del pianeta alla minima separazione, ha invece ha rivelato una chiarissima emissione di raggi X da parte della stella, in simultanea con un aumento dell’emissione di luce blu da ioni di calcio, segno che la corona e la cromosfera (zone più esterne dell’atmosfera stellare) si sono accese!

La simultaneità delle osservazioni in raggi X (con XMM-Newton) e in luce blu (con HARPS-N) ha consentito quindi una convalida del fenomeno di interazione stella-pianeta con due strumenti diversi, al momento del passaggio del pianeta al periastro. È questa la prima volta che ciò si verifica e l’originalità dello studio è stata ricompensata con la pubblicazione di una Letter nella prestigiosa rivista Astrophysical Journal.

Immagini in raggi X di HD 17156 ottenute con il pianeta lontano dal periastro (a sinistra) e vicino al periastro (a destra). La stella oggetto dello studio è quella indicata con un quadrato verde, che risulta visibile soltanto nella seconda osservazione (20-21 settembre). L'oggetto più in alto nel campo di vista di XMM-Newton è una sorgente di raggi X molto più lontana, che casualmente appare vicina ad HD 17156 per semplici ragioni di prospettiva, ma non ha alcuna relazione con il sistema planetario.
Immagini in raggi X di HD 17156 ottenute con il pianeta lontano dal periastro (a sinistra) e vicino al periastro (a destra). La stella oggetto dello studio è quella indicata con un quadrato verde, che risulta visibile soltanto nella seconda osservazione (20-21 settembre). L’oggetto più in alto nel campo di vista di XMM-Newton è una sorgente di raggi X molto più lontana, che casualmente appare vicina ad HD 17156 per semplici ragioni di prospettiva, ma non ha alcuna relazione con il sistema planetario.

In sostanza, le osservazioni suggeriscono un’interazione stella-pianeta proprio al passaggio al periastro, quando la teoria prevede che tale fenomeno sia più probabile”, ci racconta Antonio Maggio.Quale tipo di interazione però non è ancora chiaro: una prima possibilità è che alla minima distanza tra stella e pianeta le loro magnetosfere vengano a contatto e provochino una riconnessione, con rilascio di energia, e quindi un brillamento della stella; in alternativa, è possibile che durante il passaggio ravvicinato parte del materiale che forma il pianeta gassoso venga strappato via da forze di marea e cada poi sulla stella provocando un surriscaldamento della cromosfera e della corona.”

Naturalmente saranno necessarie altre osservazioni di questo sistema planetario in futuro per comprendere meglio la natura di questi fenomeni e quanto frequenti (o rari) essi siano, e quindi quanto fortunati siano stati i ricercatori dell’INAF ad averlo osservato almeno una volta. Tali fenomeni poi rivestono una grande importanza per la caratterizzazione dei sistemi planetari e per la loro evoluzione: l’interazione stella-pianeta è infatti uno strumento d’indagine sui campi magnetici planetari, se esistenti, è uno dei meccanismi che potrebbero influenzare la velocità di rotazione di una stella, e hanno probabilmente un ruolo anche sul riscaldamento delle atmosfere planetarie. Ma di tutto questo parleremo un’altra volta… la ricerca continua!

L’articolo originale si può leggere qui.

 

 

 

 

 

 

Questione di tempismo

Il nome hot Saturn è mutuato da quello degli hot Jupiter, noti per essere molto comuni dato che le loro grandi masse, pari o superiori a quella di Giove, e la loro vicinanza alla stella li rende rivelabili molto facilmente a causa delle variazioni che inducono sul moto della loro stella madre. Se tali variazioni sono invece indotte da pianeti meno massici e orbitanti a distanze paragonabili a quelle terrestri o anche più lontani, esse risultano molto minori e quindi più difficili da rilevare.
Il nome hot Saturn è mutuato da quello degli hot Jupiter, noti per essere molto comuni dato che le loro grandi masse, pari o superiori a quella di Giove, e la loro vicinanza alla stella li rende rivelabili molto facilmente a causa delle variazioni che inducono sul moto della loro stella madre. Se tali variazioni sono invece indotte da pianeti meno massicci e orbitanti a distanze paragonabili a quelle terrestri o anche più lontani, esse risultano molto minori e quindi più difficili da rilevare.

Strumentazione all’avanguardia e tempi di osservazioni sono due ingredienti importanti nello studio dei sistemi planetari.

Il primo aspetto, quello strumentale, nel nostro caso ci viene dato da HARPS-N, lo spettrografo di alta risoluzione montato al Telescopio Nazionale Galileo. L’altro aspetto, il tempo che i ricercatori hanno a disposizione, è da tenere in considerazione dato che la maggior parte dei fenomeni celesti avviene in tempi estremamente lunghi, se comparati alla nostra quotidianità. Quello che si può ottenere in poche notti di osservazione in molti casi equivale allo scattare una fotografia di un gruppo di persone e a dovere, da quell’unica istantanea, evincere il corso della vita di ciascuno, l’età, l’attitudine, i legami affettivi e molto altro. Compito difficile, di sicuro. Così anche l’evoluzione di un sistema planetario dipende da molti fattori, e i parametri che caratterizzano l’orbita dei pianeti non sono deducibili da poche osservazioni. L’ideale sarebbe poter seguire quel dato sistema nel tempo raccogliendo un sempre maggiore numero d’informazioni.

Questo è stato possibile per il sistema planetario KELT-6, un sistema giù noto per ospitare il pianeta transitante del tipo “Saturno caldo” (Hot Saturn), denominato KELT-6b, molto caldo e molto vicino alla sua stella, attorno a cui orbita in soli 7,8 giorni. Il gruppo GAPS ha indagato ulteriormente il sistema analizzando i dati raccolti in passato da altre team di ricerca con altri strumenti e quelli più recenti ottenuti con HARPS-N e Tillinghast Reflectior Echelle Spectrograph (TRES- USA) arrivando a comprovare l’esistenza di un secondo pianeta, KELT6-c, con periodo orbitale di ben 3 anni e mezzo, massiccio, con una massa di almeno 3,71 masse gioviane.

Non solo. Il gruppo di ricerca GAPS è andato a fondo anche sul pianeta già noto, KELT6-b, di cui si è misurato l’effetto Rossiter-McLaughlin (R-M) che aiuta a descrivere la geometria dell’orbita del pianeta che transita davanti alla stella. E’ stato possibile fare considerazioni sulla sua evoluzione dinamica e sulla sua stabilità. I suoi elementi orbitali rappresentano gli ingredienti giusti per applicare la ricetta descritta dal meccanismo di migrazione co-planare di alta eccentricità. Questa teoria avvalora l’idea che gli hot Jupiter (o hot Saturn come nel nostro caso) si siano formati attraverso interazioni gravitazionali di lungo periodo con un pianeta più esterno, di grande massa, su un’orbita iniziale estremamente eccentrica che si è andata circolarizzando nel corso del tempo per effetto mareale con la stella ospite al periastro.

Per ulteriori informazioni: Media INAF- Questione di tempismo 

Così uguali ma diverse

Rappresentazione artistica del sistema binario XO-2 dove si vede in primo piano uno dei due giganti gassosi orbitanti attorno a XO-2S e il secondo pianeta che le transita davanti; l’oggetto luminoso in alto a destra rappresenta la compagna XO-2N con il suo pianeta transitante (il puntino nero). Crediti: adattamento dell’immagine ESO/Calçada
Rappresentazione artistica del sistema binario XO-2 dove si vede in primo piano uno dei due giganti gassosi orbitanti attorno a XO-2S e il secondo pianeta che le transita davanti; l’oggetto luminoso in alto a destra rappresenta la compagna XO-2N con il suo pianeta transitante (il puntino nero). Crediti: adattamento dell’immagine ESO/Calçada

Nuove informazioni sulla composizione chimica del sistema binario visuale XO-2 formato da due sistemi planetari: la componente XO-2N ha un pianeta, osservato transitare davanti alla sua stella e già noto da tempo, mentre la componente XO-2S risulta avere almeno 2 pianeti rivelati proprio grazie al programma GAPS-Global Architecture of Planetary Systems con il potente cercatore di pianeti extrasolari HARPS-N montato al Telescopio Nazionale Galileo.

XO-2N e XO-2S sono due stelle coeve e di massa comparabile, ma che hanno avuto una diversa evoluzione stellare. Questa differenza è stata osservata nell’abbondanza degli elementi chimici, in particolare in quelli più pesanti, che normalmente condensano nelle regioni interne dei dischi proto-planetari. Si è misurato un valore molto differente nei dintorni delle due stelle. Gli elementi chimici più leggeri (volatili) non mostrano, invece, una grande differenza in abbondanza.

Il risultato è che la differenza nella composizione chimica delle due atmosfere stellari deve essere direttamente legata alla presenza o meno di pianeti e questo porta a ipotizzare due scenari. Naturalmente bisogna tenere in considerazione anche il fatto che i pianeti noti sono solo tre per due stelle e quindi tali interpretazioni sono limitate dai pochi, seppur unici e importanti, dati a disposizione.

La prima possibile interpretazione è che la componente S sia quella che ha mantenuto la composizione chimica originaria e la N si sia arricchita. La seconda interpretazione prevede invece che sia la componente N quella che ha mantenuto la composizione chimica originaria mentre la S si è depauperata. Entrambi gli scenari non sono attualmente inquadrabili in una teoria consistente quindi per ora non si è propensi né per l’uno né per l’altro.

Sono necessari altre evidenze osservative sullo stesso sistema XO-2, e magari su altri analoghi che si potrebbero scoprire a breve con la strumentazione sempre più sofisticata di cui gli astronomi dispongono.

Per ulteriori informazioni Media INAF – Falsa magra o falsa grassa?

 

Vicinissima, Super-Terra !

Rappresentazione artistica del sistema planetario HD 219134. Crediti:  Avet Harutyunyan / FGG-TNG
Rappresentazione artistica del sistema planetario HD 219134. Crediti: Avet Harutyunyan / FGG-TNG

Importante il contributo dell’INAF-Istituto Nazionale di Astrofisica e dell’Università di Padova nella scoperta di HD 219134b, il pianeta roccioso più vicino a noi a circa 21 anni-luce di distanza, il primo scoperto con il metodo delle velocità radiali grazie al potente cacciatore di pianeti extrasolari, HARPS-N montato al TNG-Telescopio Nazionale Galileo. Grazie a questo potente spettrometro è stato possibile fare una misura della massa del pianeta, pari a 4,5 volte quella della Terra, e del suo periodo orbitale, pari a soli tre giorni terrestri, il che comporta una grande vicinanza alla sua stella madre e temperature superficiali incandescenti, tali da non permettere la vita come la conosciamo noi.

Il pianeta è stato confermato successivamente col metodo del transito grazie allo Spitzer Space Telescope della NASA, permettendo in questo modo una determinazione del raggio, circa 1,6 volte quello della Terra. Combinando dimensioni e massa la densità che si ricava del pianeta è di circa 6 grammi per centimetro cubo, che lo rende il pianeta roccioso più vicino a noi.

Questa super-Terra non può essere osservata in modo diretto data la sua grande vicinanza alla stella anche se la stella può essere vista a occhio nudo in una notte serena nella costellazione di Cassiopea, vicino alla stella polare.

Sicuramente, data la sua posizione così vicina alla Terra, HD 219134b sarà anche uno dei pianeti più studiati nei prossimi anni. Il pianeta è un target ideale per il JWST-James Webb Space Telescope della NASA e per i futuri telescopi da Terra.

Fonte Media INAF – Roccioso e a soli 23 anni luce 

NASA-Spitzer Space Telescope – NASA’s Spitzer Confirms Closest Rocky Exoplanet  

Disegna la missione CHEOPS !

Manda il tuo disegno su CHEOPS. Crediti: ESA
Manda il tuo disegno su CHEOPS. Crediti: ESA

“Manda il tuo disegno nello spazio con Cheops” è la nuova campagna promossa dall’Agenzia Spaziale Europea dedicata alla missione CHEOPS-CHaracterising ExOPlanets Satellite sviluppata dall’ESA – Agenzia Spaziale Europea congiuntamente alla Svizzera, con il contributo di altri stati membri dell’ESA tra cui l’Italia. L’ASI – Agenzia Spaziale Italiana coordina l’iniziativa in collaborazione con l’INAF – Istituto Nazionale di Astrofisica e l’Università degli Studi di Padova.

A questa iniziativa sono invitati a partecipare tutti i giovani di età compresa tra gli 8 e i 14 anni che dovranno creare un disegno ispirato alla missione CHEOPS, dedicata allo studio dei pianeti extrasolari di dimensioni e massa simili alla Terra e non più grandi di Nettuno. Questi pianeti sono già stati confermati, ma con CHEOPS si potrà ricavare la misura del raggio del pianeta durante il transito davanti alla sua stella madre. Tale misura, insieme a quella della massa planetaria, permettono di conoscere il valore della densità del pianeta extrasolare e, di conseguenza, di definire se il pianeta è roccioso o gassoso.

I 3000 disegni raccolti verranno incisi su due placche di metallo e caricati su CHEOPS, il cui lancio è in programma per il 2017. Qualora il numero di partecipanti fosse superiore a 3000 verrà organizzata una lotteria per selezionare le opere da incidere sulle placche.

I disegni selezionati verranno annunciati nel 2016.

Ulteriori informazioni: ASI – Manda il tuo disegno nello spazio con CHEOPS Media INAF – Disegni nello spazio con CHEOPS e Cheops in Italy.