GIARPS, IL NUOVO CACCIATORE DI PIANETI DEL TNG

GIARPS (GIANO-B & HARPS-N) è il nuovo strumento entrato in funzione nella primavera 2017 presso il Telescopio Nazionale Galileo (TNG) alle Canarie. Si tratta di uno strumento dalle altissime potenzialità, tanto da essere, al momento, l’unico al mondo in grado di fornire spettri ad alta risoluzione in una banda spettrale molto estesa, che va dal visibile all’infrarosso, il tutto con una sola esposizione.

GIARPS, che è stato pensato, finanziato e costruito da un consorzio interamente italiano, rappresenta il perfetto connubio tra gli strumenti HARPS-N e GIANO-B installati entrambi presso il TNG. Lo scopo principale di GIARPS è la ricerca e la caratterizzazione dei pianeti extrasolari. Nel primo caso si utilizza la tecnica delle velocità radiali, che prevede di misurare le piccole variazioni del moto della stella, causate dalla presenza di un pianeta che ruota attorno ad essa. Tali oscillazioni possono essere rivelate mediate spettrografi, strumenti in grado di misurare lo spostamento delle righe spettrali nella luce della stella. A partire dal 2012 questo lavoro, svolto presso il TNG, è stato eseguito egregiamente dallo spettrografo HARPS-N. Tale strumento, insieme al suo gemello ospitato presso il telescopio di La Silla in Cile, è al momento il più preciso al mondo per la misurazione delle variazioni di velocità radiale, anche se con alcune limitazioni dovute alla sua banda osservativa: il visibile. Infatti, alcuni processi che avvengono su stelle caratterizzate da una forte attività, come ad esempio le stelle più giovani e fredde (come le famose nane rosse), potrebbero falsare le misure producendo un rumore che può coprire o addirittura imitare la presenza di un pianeta. Per questo motivo, gran parte degli studi eseguiti finora ha sempre interessato solo le stelle meno attive, condizionando così la completezza delle indagini. Per ovviare a questi problemi, è necessario cambiare banda osservativa spostandosi nel vicino infrarosso (NIR). Infatti, in questa banda spettrale il livello di attività stellare è molto minore rispetto all’ottico, mitigando così l’effetto del rumore in modo da evitare di influire negativamente sulle osservazioni. Proprio nel vicino infrarosso, dal 2015, lavora il secondo spettrografo ad alta risoluzione in funzione al TNG, GIANO, che per adattarsi alle richieste del progetto GIARPS è stato recentemente riadattato e migliorato, cambiando il suo nome in GIANO-B. Il confronto simultaneo tra i dati osservati nella banda visibile e in quella infrarosso è importante per capire se la variazione delle velocità radiali osservata, sia dovuta ad un effetto intrinseco della stella oppure all’esistenza di un compagno planetario. Questo aiuterà per esempio a dipanare i dubbi su tutti quei casi di pianeti, noti in letteratura o ancora da scoprire, la cui presenza è dibattuta.

Fotografia che mostra GIANO-B e HARPS-N montati nello stesso fuoco del TNG, configurazione finale per lo strumento GIARPS
Fotografia che mostra GIANO-B e HARPS-N montati nello stesso fuoco del TNG, questa è la configurazione finale per lo strumento GIARPS.

Ottico e infrarosso sono dunque due bande spettrali complementari in grado di dare il proprio contributo non solo alla ricerca di nuovi mondi, ma anche alla caratterizzazione delle atmosfere esoplanetarie. Infatti, quando un pianeta transita sul disco della stella ospite, la luce stellare viene filtrata dall’atmosfera del pianeta, che imprime le sue seppur deboli righe spettrali sullo spettro stellare. In questo modo è possibile isolare ed identificare quali molecole compongono l’atmosfera del pianeta (acqua, metano, monossido di carbonio, ossido di titanio, ecc…). In futuro, grazie ai nuovi telescopi di grandi dimensioni o quelli spaziali, sarà possibile estendere questi studi anche alle atmosfere dei pianeti rocciosi simili alla Terra attorno a stelle simili al Sole, analizzando le condizioni di abitabilità per questo tipo di esopianeti.

Per questi motivi è nato lo strumento GIARPS, in grado di fare in contemporanea osservazioni spettroscopiche sia in banda ottica che infrarossa ad alta risoluzione. GIARPS è anche in grado di effettuare osservazioni o solo in ottico o solo in infrarosso, permettendo così ai ricercatori di selezionare la miglior banda osservativa per i loro studi.

Attualmente GIARPS è nella fase di verifica scientifica, e una volta che sarà pienamente operativo, molteplici saranno i suoi campi d’impiego, oltre alla ricerca di esopianeti attorno a stelle giovani e all’analisi delle atmosfere di gioviani caldi, si potrà occupare anche di stelle giovani, dischi protostellari, stelle fredde, oggetti minori del sistema solare, variabili cataclismatiche e molto altro ancora.

GIARPS rappresenta quindi uno strumento dalle grandi opportunità, grazie al fatto che ad oggi è l’unico strumento al mondo in grado di fornire spettri ad alta risoluzione con una banda spettrale così estesa (da 0.38 a 2.45 mm) in una sola posa. Si tratta di un primato che non verrà intaccato per molto tempo, fintanto che non verrà installato nell’emisfero meridionale NIRPS, il braccio infrarosso di HARPS.