QUAL è IL METODO DI IMAGING DIRETTO?

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Bentornati all'ultima puntata della nostra serie sui metodi di caccia agli esopianeti. Oggi iniziamo con il metodo molto difficile, ma molto promettente noto come Direct Imaging.

Negli ultimi decenni, il numero di pianeti scoperti oltre il nostro Sistema solare è cresciuto a passi da gigante. Al 4 ottobre 2018, un totale di 3.869 esopianeti sono stati confermati in 2.887 sistemi planetari, con 638 sistemi che ospitano più pianeti. Sfortunatamente, a causa delle limitazioni che gli astronomi sono stati costretti a combattere, la stragrande maggioranza di questi sono stati rilevati usando metodi indiretti.

Finora, solo una manciata di pianeti sono stati scoperti per essere stati ripresi mentre orbitavano attorno alle loro stelle (aka. Imaging diretto). Sebbene impegnativo rispetto ai metodi indiretti, questo metodo è il più promettente quando si tratta di caratterizzare le atmosfere degli esopianeti. Finora, 100 pianeti sono stati confermati in 82 sistemi planetari usando questo metodo, e molti altri dovrebbero essere trovati nel prossimo futuro.

Descrizione:

Come suggerirebbe il nome, Direct Imaging consiste nel catturare direttamente immagini di esopianeti, il che è possibile cercando la luce riflessa dall'atmosfera di un pianeta a lunghezze d'onda infrarosse. La ragione di ciò è perché alle lunghezze d'onda dell'infrarosso è probabile che una stella sia circa 1 milione di volte più luminosa di un pianeta che riflette la luce, piuttosto che un miliardo di volte (che è il caso tipico delle lunghezze d'onda visive).

Uno dei vantaggi più ovvi di Direct Imaging è che è meno soggetto a falsi positivi. Mentre il Metodo di transito è soggetto a falsi positivi fino al 40% dei casi che coinvolgono un singolo sistema planetario (che richiede osservazioni di follow-up), i pianeti rilevati usando il Metodo della velocità radiale richiedono una conferma (quindi perché di solito è associato al Metodo di transito) . Al contrario, Direct Imaging consente agli astronomi di vedere effettivamente i pianeti che stanno cercando.

Sebbene le opportunità di utilizzare questo metodo siano rare, ovunque sia possibile effettuare rilevamenti diretti, esso può fornire agli scienziati informazioni preziose sul pianeta. Ad esempio, esaminando gli spettri riflessi dall'atmosfera di un pianeta, gli astronomi sono in grado di ottenere informazioni vitali sulla sua composizione. Questa informazione è intrinseca alla caratterizzazione dell'esopianeta e alla determinazione se è potenzialmente abitabile.

Nel caso di Fomalhaut b, questo metodo ha permesso agli astronomi di saperne di più sull'interazione del pianeta con il disco protoplanetario della stella, porre vincoli sulla massa del pianeta e confermare la presenza di un massiccio sistema ad anello. Nel caso di HR 8799, la quantità di radiazione infrarossa riflessa nell'atmosfera del suo esopianeta (combinata con modelli di formazione planetaria) ha fornito una stima approssimativa della massa del pianeta.

L'imaging diretto funziona meglio per i pianeti che hanno orbite estese e sono particolarmente enormi (come i giganti gassosi). È anche molto utile per rilevare pianeti posizionati "faccia a faccia", nel senso che non transitano davanti alla stella rispetto all'osservatore. Questo lo rende complementare alla velocità radiale, che è più efficace per rilevare pianeti che sono "edge-on", dove i pianeti effettuano transiti sulla loro stella.

Rispetto ad altri metodi, l'imaging diretto è piuttosto difficile a causa dell'effetto oscuro che la luce di una stella ha. In altre parole, è molto difficile rilevare la luce riflessa dall'atmosfera di un pianeta quando la sua stella madre è molto più luminosa. Di conseguenza, le opportunità per l'imaging diretto sono molto rare utilizzando la tecnologia attuale.

Per la maggior parte, i pianeti possono essere rilevati usando questo metodo solo quando orbitano a grandi distanze dalle loro stelle o sono particolarmente massicci. Questo lo rende molto limitato quando si tratta di cercare pianeti terrestri (alias "simili alla Terra") che orbitano più vicini alle loro stelle (cioè all'interno della zona abitabile della loro stella). Di conseguenza, questo metodo non è particolarmente utile quando si tratta di cercare esopianeti potenzialmente abitabili.

Esempi di sondaggi di imaging diretto:

Il primo rilevamento di esopianeti effettuato utilizzando questa tecnica è avvenuto nel luglio del 2004, quando un gruppo di astronomi ha utilizzato l'array Very Large Telescope Array (ESO) dell'European Southern Observatory (ESO) per rappresentare un pianeta più volte la massa di Giove in prossimità di 2M1207 - un nano marrone situato a circa 200 anni luce dalla Terra.

Nel 2005, ulteriori osservazioni hanno confermato l'orbita di questo esopianeta intorno a 2M1207. Tuttavia, alcuni sono rimasti scettici sul fatto che questo è stato il primo caso di "Imaging diretto", poiché la bassa luminosità della nana bruna è stata ciò che ha reso possibile il rilevamento del pianeta. Inoltre, poiché orbita attorno a una nana bruna ha indotto alcuni a sostenere che il gigante gassoso non è un pianeta adatto.

Nel settembre del 2008, un oggetto è stato ripreso con una separazione di 330 UA intorno alla sua stella ospite, 1RXS J160929.1 - 210524 - che si trova a 470 anni luce di distanza nella costellazione dello Scorpione. Tuttavia, non è stato fino al 2010 che è stato confermato di essere un pianeta e un compagno per la stella.

Il 13 novembre 2008, un team di astronomi ha annunciato di aver catturato immagini di un esopianeta in orbita attorno alla stella Fomalhaut usando il telescopio spaziale Hubble. La scoperta è stata resa possibile grazie al denso disco di gas e polvere che circonda Fomalhaut e al tagliente bordo interno che suggerisce che un pianeta abbia rimosso i detriti dal suo cammino.

Le osservazioni di follow-up con Hubble hanno prodotto immagini del disco, che ha permesso agli astronomi di localizzare il pianeta. Un altro fattore che contribuisce è il fatto che questo pianeta, che è il doppio della massa di Giove, è circondato da un sistema di anelli che è molte volte più spesso degli anelli di Saturno, il che ha fatto sì che il pianeta brillasse abbastanza intensamente alla luce visiva.

Lo stesso giorno, gli astronomi che utilizzavano i telescopi sia dell'Osservatorio di Keck che dell'Osservatorio dei Gemelli hanno annunciato di aver immaginato 3 pianeti in orbita attorno a HR 8799. Questi pianeti, che hanno una massa di 10, 10 e 7 volte quella di Giove, sono stati tutti rilevati a infrarossi lunghezze d'onda. Ciò è stato attribuito al fatto che HR 8799 è una giovane stella e si ritiene che i pianeti intorno a esso conservino ancora parte del calore della loro formazione.

Nel 2009, l'analisi delle immagini risalenti al 2003 ha rivelato l'esistenza di un pianeta in orbita attorno a Beta Pictoris. Nel 2012, gli astronomi che usano il telescopio Subaru all'Osservatorio Mauna Kea hanno annunciato l'imaging di un "Super-Giove" (con 12,8 masse di Giove) in orbita attorno alla stella Kappa Andromedae a una distanza di circa 55 UA (quasi il doppio della distanza di Nettuno dal Sole).

Altri candidati sono stati trovati nel corso degli anni, ma finora rimangono non confermati come pianeti e potrebbero essere nani bruni. In totale, 100 esopianeti sono stati confermati utilizzando il metodo di imaging diretto (circa lo 0,3% di tutti gli esopianeti confermati) e la stragrande maggioranza erano giganti gassosi che orbitavano a grandi distanze dalle loro stelle.

Tuttavia, ciò dovrebbe cambiare nel prossimo futuro quando saranno disponibili telescopi di prossima generazione e altre tecnologie. Questi includono telescopi a terra dotati di ottica adattiva, come il Thirty Meter Telescope (TMT) e il Magellan Telescope (GMT). Includono anche telescopi che si basano sulla coronografia (come il James Webb Space Telescope (JWST), in cui un dispositivo all'interno del telescopio viene utilizzato per bloccare la luce di una stella.

Un altro metodo in fase di sviluppo è noto come "paralume", un dispositivo posizionato per bloccare la luce di una stella prima ancora che entri in un telescopio. Per un telescopio spaziale alla ricerca di esopianeti, un paralume sarebbe un veicolo spaziale separato, progettato per posizionarsi alla giusta distanza e angolo per bloccare la luce stellare che gli astronomi stellari stavano osservando.

Abbiamo molti articoli interessanti sulla caccia agli esopianeti qui su Space Magazine. Ecco qual è il metodo di transito? Qual è il metodo della velocità radiale? Che cos'è il metodo di microlensing gravitazionale? E l'universo di Keplero: più pianeti nella nostra galassia che stelle.

Astronomia Cast ha anche alcuni episodi interessanti sull'argomento. Ecco l'episodio 367: Spitzer esegue gli esopianeti e l'episodio 512: l'imaging diretto degli esopianeti.

Per ulteriori informazioni, controlla la pagina della NASA su Exoplanet Exploration, la pagina della Planetary Society su Extrasolar Planets e l'archivio della NASA / Caltech Exoplanet.

fonti: