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 

Che le votazioni abbiano inizio!

Con il 12 agosto, e fino al 31 ottobre 2015, si apre la fase effettiva di votazione del nome da assegnare ai diversi sistemi planetari individuati dall’Unione Astronomica Internazionale. E’ la fase finale della campagna Name ExoWorlds a cui tutti possono partecipare per votare le migliori proposte candidate. L’Istituto Nazionale di Astrofisica – INAF – e la Società Astronomica Italiana –SAIt – hanno promosso l’iniziativa a livello nazionale con un bando scegliendo le due migliori proposte da sottomettere sul portale dedicato al concorso.

Natura e Intelligenza Artificiale sono le due tematiche delle proposte INAF e SAIt
Natura e Intelligenza Artificiale sono le due tematiche delle proposte INAF e SAIt

Sono passati 20 anni dalla scoperta del primo pianeta orbitante attorno a una stella diversa dal nostro Sole!

Oggi i pianeti rilevati, e confermati, sono oltre 1900. Essi possiedono già tutti un nome da catalogo, necessario per il loro riconoscimento e caratterizzazione, che quasi sempre si rifà o allo strumento con cui sono stati osservati o alla costellazione d’appartenenza della loro stella madre. Ma non hanno un nome proprio come invece accade per i nostri ben noti vicini di casa: Giove, Marte, Saturno e così via…

Per questo motivo l’Unione Astronomica Internazionale – IAU – ha lanciato un vero e proprio concorso per trovare il nome a una manciata, per ora, di pianeti. In particolare sono stati considerati quelli più noti e catalogati per primi dalla comunità scientifica. Sono 20 in tutto e vengono denominati da IAU come ExoWorld; vanno dai più semplici sistemi stella-pianeta fino a quelli multipli con stelle doppie e cinque pianeti orbitanti attorno a una delle due componenti! Anche le stelle madri sono state “battezzate”, a meno che non avessero già il loro nome arabo, e le regole da rispettare erano molte e anche parecchio restrittive.

Il 15 giugno si è chiusa la fase di presentazione delle proposte e si è aperta ora la votazione con la quale il pubblico di tutto il mondo è chiamato a scegliere la favorita “battezzando” ufficialmente i pianeti e le loro stelle.

Le due proposte finaliste sono state selezionate, tra quelle pervenute, da una commissione apposita e sono state inserite nel portale gestito da IAU e ZOOUNIVERSE.

Tra tutte quelle pervenute INAF e SAIt hanno scelto due ispirate rispettivamente alla Natura e alle Intelligenze Artificiali in Fantascienza.

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La potenza evocativa del GiraSole e l’ispirazione alla Natura hanno colpito la commissione che ha deciso di presentare questa proposta

La migliore candidata INAF è la proposta di Rossella Spiga dell’Università di Padova. Al sistema planetario mu Arae, formato da una stella e quattro pianeti, è stato associato un tema dal sapore floreale incentrato sull’idea di natura e mitologia. Per la stella, molto simile al Sole posta a 50 anni-luce di distanza da noi, è stato proposto il nome greco Riza (radice, origine), mentre per i pianeti sono stati selezionati ad hoc quattro specie di fiori: Lotus (mu Arae b), Helianthus (mu Arae c) (il nome latino di Girasole), Hibiscus (mu Arae d) e Camelia (mu Arae e).

SCARICA  E LEGGI L A PROPOSTA

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Il Mondo affascinante delle Intelligenze aritficiali molte volte protagoniste di romanzi e film di Fantascienza ben si presta allo scopo del contest IAU

SAIt ha selezionato la proposta di Riccardo Balestrieri della Repubblica di San Marino, che attribuisce, al sistema planetario 55 Cancri, nomi di intelligenze artificiali della più nota letteratura e filmografia fantascientifica. Il sistema è composto da un sistema binario, 55 Cancri A e 55 Cancri B, e da cinque pianeti orbitanti attorno alla componente A. I nomi delle due stelle sono ispirati al romanzo di fantascienza “La Luna è una severa maestra” di Robert A. Heinlein (1966): Mike e Michelle sono i nomi che identificano la doppia personalità del supercomputer che, diventato senziente, si trova sulla Luna nell’anno 2075. Per i pianeti vengono proposti i nomi di intelligenze artificiali tratti dalla cinematografia e dalla letteratura: Jane (55 Cancri b), Joshua (55 Cancri c), Simone (55 Cancri d), HAL (55 Cancri e) e Samantha (55 Cancri f).

SCARICA E LEGGI LA PROPOSTA

Tutto il pubblico è invitato a votare: si possono iscrivere sia singoli che gruppi di persone di ogni età e da ogni parte del mondo. Un comitato ufficiale IAU valuterà la scelta dei nomi candidati che verranno resi pubblici dopo la scadenza del vito che è 31 ottobre 2015.

Votare è facile: basta accedere al portale IAU all’indirizzo www.nameexoworlds.org/ nella sezione For Individuals – Sign Up. Ognuno dei 20 exoworld ha una lista di nomi che sono stati selezionati da varie organizzazioni di tutto il mondo. E’ possibile votare una sola proposta per ognuno dei 20 exoworld. Si è liberi di votare per un solo exoworld o per il numero che si vuole di essi o anche per tutti e 20 (ricordiamo che un exoworld è composti da stella + pianeta/i). I nomi che risulteranno vincitori non sostituiranno le denominazioni scientifiche, ma saranno utilizzati e diffusi da IAU come nomi adottivi, con il dovuto riconoscimento alle associazioni di astronomia o alle organizzazioni che li hanno proposti nonché alle persone che hanno sviluppato l’idea. Le proposte da noi sostenute sono relative a due soli sistemi, Mu Arae e 55 Cancri, perché ciascun ente certificato poteva sottoporre una sola proposta per un solo sistema!

Ma tutti sono invitati a esprimere la preferenza per la lista completa dei 20 sistemi planetari! Quindi le proposte da noi descritte potete votarle entrambe visto che fanno riferimento a due Exoworld diversi!

Iscrizione e proposte sono tutte in lingua inglese essendo il contest a diffusione mondiale. In questo portale trovate le proposte sottomesse da INAF e SAIt con anche la traduzione in italiano e se avete dubbi inviateci una mail ad altrimondi@brera.inaf.it.

Votate numerosi!!!

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