Lo studio degli esopianeti è avanzato molto negli ultimi anni, grazie in gran parte alla missione di Keplero. Ma quella missione ha i suoi limiti. È difficile per Keplero e per altre tecnologie l'immagine delle regioni vicine alle loro stelle. Ora un nuovo strumento chiamato vortice coronagraph, installato presso il Keck Observatory delle Hawaii, consente agli astronomi di guardare i dischi protoplanetari che sono molto vicini alle stelle che orbitano.
Il problema con la visualizzazione di dischi di polvere e persino di pianeti vicino alle loro stelle è che le stelle sono molto più luminose degli oggetti che le orbitano attorno. Le stelle possono essere miliardi di volte più luminose dei pianeti vicini, rendendo quasi impossibile vederle nel bagliore. "Il potere del vortice risiede nella sua capacità di rappresentare pianeti molto vicini alla loro stella, cosa che non possiamo ancora fare per pianeti simili alla Terra", ha affermato Gene Serabyn del Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA. "Il coronagraph vortex può essere la chiave per scattare le prime immagini di un punto blu pallido come il nostro."
"Il potere del vortice risiede nella sua capacità di rappresentare i pianeti molto vicino alla loro stella, cosa che non possiamo ancora fare per i pianeti simili alla Terra." - Gene Serabyn, JPL.
"Il coronagraph di vortice ci permette di scrutare nelle regioni attorno a stelle dove presumibilmente si formano pianeti giganti come Giove e Saturno", ha detto Dmitri Mawet, ricercatore presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA e Caltech, entrambi a Pasadena. “Prima d'ora, eravamo solo in grado di immaginare giganti gassosi che sono nati molto più lontano. Con il vortice, saremo in grado di vedere i pianeti in orbita vicini alle loro stelle come Giove è al nostro sole, o circa due o tre volte più vicini di quanto fosse possibile prima. "
Piuttosto che mascherare la luce delle stelle, come altri metodi di visualizzazione degli esopianeti, il coronagraph di vortice reindirizza la luce lontano dai rivelatori combinando le onde luminose e cancellandole. Poiché non esiste una maschera occulta, il coronagraph di vortice può catturare immagini di regioni molto più vicine alle stelle rispetto ad altri coronagraph. Dmitri Mawet, ricercatore che ha inventato il nuovo coronagraph, lo confronta con l'occhio di una tempesta.
"Lo strumento è chiamato un coronagraph vortex perché la luce delle stelle è centrata su una singolarità ottica, che crea un buco nero nella posizione dell'immagine della stella", ha detto Mawet. “Gli uragani hanno una singolarità nei loro centri in cui la velocità del vento scende a zero - l'occhio della tempesta. Il nostro coronagraph di vortice è fondamentalmente l'occhio di una tempesta ottica in cui inviamo la luce delle stelle. "
I risultati del vortice coronagraph sono presentati in due articoli (qui e qui) pubblicati nel gennaio 2017 Astronomical Journal. Uno degli studi è stato condotto da Gene Serabyn di JPL, che è anche a capo del progetto vortice di Keck. Questo studio ha presentato la prima immagine diretta di HIP79124 B, una nana marrone che si trova a 23 UA dalla sua stella, nella regione di formazione stellare chiamata Scorpius-Centaurus.
“La capacità di vedere molto vicino alle stelle ci consente anche di cercare pianeti attorno a stelle più distanti, dove i pianeti e le stelle apparirebbero più vicini. Avere la capacità di rilevare stelle distanti per i pianeti è importante per catturare i pianeti che si stanno ancora formando ", ha detto Serabyn.
"Avere la capacità di rilevare stelle distanti per i pianeti è importante per catturare i pianeti che si stanno ancora formando." - Gene Serabyn, JPL.
Il secondo dei due studi sul vortice ha presentato le immagini di un disco protoplanetario attorno alla giovane stella HD141569A. Quella stella in realtà ha tre dischi attorno ad essa e il coronagraph è stato in grado di catturare un'immagine dell'anello più interno. Combinando i dati del vortice con i dati delle missioni Spitzer, WISE e Herschel, è emerso che il materiale che forma il pianeta nel disco è costituito da granuli di olivina di dimensioni ghiaia. L'olivina è uno dei silicati più abbondanti nel mantello terrestre.
"I tre anelli attorno a questa giovane stella sono nidificati come bambole russe e subiscono drammatici cambiamenti che ricordano la formazione planetaria", ha detto Mawet. "Abbiamo dimostrato che i granuli di silicato si sono agglomerati in ciottoli, che sono i mattoni degli embrioni del pianeta."
Queste immagini e questi studi sono solo l'inizio del coronagraph di vortice. Sarà usato per guardare molti altri sistemi planetari più giovani. In particolare, esaminerà i pianeti vicino alle cosiddette "linee di congelamento" in altri sistemi solari. È la regione attorno ai sistemi stellari in cui fa abbastanza freddo perché molecole come acqua, metano e anidride carbonica si condensino in granuli solidi e ghiacciati. Il pensiero attuale afferma che la linea del gelo è la linea di demarcazione tra la formazione dei pianeti rocciosi e dei pianeti gassosi. Gli astronomi sperano che il coronagraph possa rispondere alle domande su hot Jupiter e hot Neptunes.
Hot Jupiters e Neptunes sono grandi pianeti gassosi che si trovano molto vicino alle loro stelle. Gli astronomi vogliono sapere se questi pianeti si sono formati vicino alla linea del gelo, quindi sono migrati verso l'interno verso le loro stelle, perché è impossibile per loro formarsi così vicino alle loro stelle. La domanda è: quali forze hanno causato loro di migrare verso l'interno? "Con un po 'di fortuna, potremmo catturare pianeti nel processo di migrazione attraverso il disco che forma il pianeta, guardando questi oggetti molto giovani", ha detto Mawet.
