Per la prima volta, gli scienziati sono riusciti a catturare immagini di pianeti multipli che girano intorno a un’altra stella simile al sole. Eppure, nonostante la somiglianza del suo ospite stellare con il nostro, le istantanee di questo sistema planetario rivelano che non è un posto come casa.
Nominato TYC 8998-760-1 e situato a circa 300 anni luce dalla Terra nella costellazione della Musca, la stella è simile in massa al sole. I suoi due pianeti conosciuti, tuttavia, sono distintamente alieni – orbitano intorno alla loro stella a circa 160 e 320 volte la distanza Terra-Sole, rispettivamente (distanze che sono circa quattro e otto volte maggiori della separazione di Plutone dal nostro sole). Entrambi i mondi sono sovradimensionati rispetto a qualsiasi cosa nel nostro sistema solare. Il pianeta più esterno è circa sei volte più pesante di Giove, e quello più interno ha una massa 14 volte quella di Giove. Ognuno dei mondi appare come un piccolo punto intorno alla stella nelle immagini prodotte dallo strumento Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research, o SPHERE, che opera sul Very Large Telescope dell’European Southern Observatory nel nord del Cile. I risultati sono dettagliati in uno studio pubblicato il 22 luglio nell’Astrophysical Journal Letters.
“La cosa davvero affascinante di questo lavoro è che continua ad aggiungere alla vasta diversità di ciò che sistemi e pianeti sono là fuori, in orbita intorno a tutti i tipi di stelle”, dice Rebecca Oppenheimer, un astrofisico presso il Museo americano di storia naturale di New York City, che non è stato coinvolto nello studio. “Il nuovo studio segna solo la terza volta che gli scienziati sono riusciti a scattare foto – o “immagini dirette” – di più mondi in orbita attorno a una singola stella. Ma quei sistemi precedentemente osservati erano intorno a stelle molto più pesanti o più leggere del sole, rendendoli meno paragonabili al nostro sistema solare. L’imaging diretto rimane una rarità nello studio dei mondi oltre il nostro quartiere planetario. La stragrande maggioranza degli esopianeti nei cataloghi degli astronomi sono conosciuti solo attraverso mezzi più indiretti: essi tradiscono la loro presenza e le loro proprietà più basilari – massa, dimensioni e orbita – tirando periodicamente su, o stagliandosi contro, le loro stelle ospiti, come si vede dalla Terra. L’imaging diretto degli esopianeti è importante, dice Alexander Bohn, un astrofisico dell’Università di Leiden nei Paesi Bassi, perché “ricevendo la luce dai pianeti, possiamo caratterizzare meglio l’atmosfera e le abbondanze elementari dell’atmosfera e la composizione”. Queste informazioni, a loro volta, permettono ai ricercatori di fare ipotesi più educate su quali potrebbero essere le condizioni ambientali di un mondo alieno e se potrebbe, come la Terra, ospitare la vita. Oltre ad essere giganti gassosi gonfiati in orbite gelide senza superfici significative su cui gli organismi potrebbero abitare, loro e la loro stella sono molto più giovani del nostro sole e dei pianeti intorno ad esso. “Il sistema stesso ha 17 milioni di anni”, dice Bohn. “E il nostro sistema solare è di 4,5 miliardi di anni”. Anche se possedessero condizioni abitabili, lo stato relativamente neonato di ogni mondo non offrirebbe molto tempo alla biologia per nascere dai capricci della chimica. E anche se la dimensione e la giovinezza dei loro pianeti li rende poveri candidati per la vita come la conosciamo, queste proprietà sono proprio il motivo per cui gli astronomi possono attualmente vederli, a causa del potente bagliore infrarosso che emettono come energia residua della loro formazione. Mondi più piccoli, più vecchi e più clementi che sono più vicini alle loro stelle rimangono fuori dalla portata degli attuali osservatori di pianeti. Ma alla fine potrebbero essere rivelati da una strumentazione più potente su telescopi giganteschi. Già tre telescopi estremamente grandi (ELT) – osservatori a terra con specchi dell’ordine di 30 metri – si stanno avvicinando alle fasi finali di sviluppo. E gli astronomi stanno esercitando forti pressioni affinché la NASA o altre agenzie spaziali lancino telescopi spaziali ancora più ambiziosi per l’osservazione dei pianeti nei prossimi decenni.
Anche così, “siamo incredibilmente lontani dal fotografare pianeti di dimensioni terrestri”, dice Bruce Macintosh, un astrofisico della Stanford University e ricercatore principale del Gemini Planet Imager-un altro strumento che, insieme a SPHERE, rappresenta lo stato dell’arte nella fotografia esoplanetaria. “Con la tecnologia attuale, possiamo vedere un pianeta che è circa un milione di volte più debole della stella. Questo è sorprendente. Ma anche Giove – il più grande mondo del nostro sistema solare – è un miliardo di volte più debole del sole.”
Se un pianeta bersaglio accanto a una stella luminosa è una gigantesca sfera gassosa o una roccia più simile alla Terra, dice Bohn, osservarlo è come vedere “una lucciola proprio accanto a un faro, che è forse un metro di distanza. Tu vuoi vedere questa piccola lucciola e sei a 500 chilometri di distanza. Questa è fondamentalmente la sfida che stiamo affrontando”. Per raccogliere la luce estremamente debole di un mondo, rispetto alla sua stella, SPHERE e la maggior parte degli altri strumenti di planet-imaging utilizzano un dispositivo chiamato un coronografo, che blocca quasi tutta la luce della stella, oscurando efficacemente il bagliore dal “faro” in modo che le vicine “lucciole” planetarie possano essere viste.
Oltre ai dettagli più sfumati di un dato mondo, tali immagini possono rivelare altre meraviglie e sollevare nuovi importanti misteri che vanno al cuore della comprensione ancora nascente dei teorici di come i sistemi planetari emergono ed evolvono. Nel sistema appena fotografato, “entrambi i pianeti si sono formati intorno alla stessa stella e hanno la stessa età, ma uno è due volte più massiccio dell’altro”, dice Macintosh, che non è stato coinvolto nello studio. “Confrontare le loro proprietà ci aiuterà a vedere come le masse dei pianeti influenzano la loro evoluzione”. Inoltre, aggiunge, immagini successive del sistema potrebbero rivelare di più sulle orbite dei pianeti – e anche la presenza di mondi non ancora visti. “Sono allineate nello stesso modo in cui sono allineate le orbite planetarie nel nostro sistema solare? Sono circolari?” chiede Macintosh. Imparare le risposte a queste domande potrebbe mostrare se questi pianeti si sono formati nello stesso modo dei mondi intorno al nostro sole o attraverso qualche altro processo, e quindi fornire un altro indizio sul fatto che pianeti e sistemi come il nostro siano comuni o rari.