Gli astronomi sondano costantemente i cieli per l'imprevisto. Sono disposti ad abbracciare nuove idee che potrebbero sostituire la saggezza degli anni passati.
Ma c'è un'eccezione alla regola: la ricerca di Earth 2.0. Qui non vogliamo trovare l'inaspettato, ma l'atteso. Vogliamo trovare un pianeta così simile al nostro, possiamo quasi chiamarlo a casa.
Mentre, non possiamo esattamente immaginare questi pianeti con dettagli abbastanza grandi da vedere se uno è un mondo acquatico con piante verdi e civiltà lussureggianti, possiamo usare metodi indiretti per trovare un pianeta "simile alla Terra" - un pianeta con una massa simile e raggio verso la Terra.
C'è solo un problema: le attuali tecniche per misurare la massa di un esopianeta sono limitate. Fino ad oggi gli astronomi misurano la velocità radiale - minuscoli oscillazioni nell'orbita di una stella mentre viene trascinata dall'attrazione gravitazionale del suo esopianeta - per ricavare il rapporto massa pianeta-stella.
Ma dato che la maggior parte degli esopianeti viene rilevata tramite il loro segnale di transito - cade nella luce mentre un pianeta passa davanti alla sua stella ospite - non sarebbe fantastico se potessimo misurare la sua massa basandoci solo su questo metodo? Bene, gli astronomi del MIT hanno trovato un modo.
Il dottorando Julien de Wit e il collega MacArthur Sara Seager hanno sviluppato una nuova tecnica per determinare la massa utilizzando il solo segnale di transito di un esopianeta. Quando un pianeta transita, la luce della stella passa attraverso un sottile strato di atmosfera del pianeta, che assorbe determinate lunghezze d'onda della luce della stella. Una volta che la luce stellare raggiunge la Terra, sarà impressa con le impronte digitali chimiche della composizione dell'atmosfera.
Il cosiddetto spettro di trasmissione consente agli astronomi di studiare le atmosfere di questi mondi alieni.
Ma ecco la chiave: un pianeta più massiccio può aggrapparsi a un'atmosfera più densa. Quindi, in teoria, la massa di un pianeta potrebbe essere misurata in base all'atmosfera o allo spettro di trasmissione da solo.
Ovviamente non esiste una correlazione uno a uno o l'avremmo capito molto tempo fa. L'estensione dell'atmosfera dipende anche dalla sua temperatura e dal peso delle sue molecole. L'idrogeno è così leggero che scivola via da un'atmosfera più facilmente, per esempio, dell'ossigeno.
Quindi de Wit ha lavorato su un'equazione standard che descrive l'altezza della scala - la distanza verticale su cui diminuisce la pressione di un'atmosfera. La misura in cui la pressione diminuisce dipende dalla temperatura del pianeta, dalla forza gravitazionale del pianeta (massa voluta) e dalla densità dell'atmosfera.
Secondo l'algebra di base: conoscere tre di questi parametri ci consentirà di risolvere il quarto. Pertanto, la forza gravitazionale del pianeta, o massa, può essere derivata dalla sua temperatura atmosferica, profilo di pressione e densità - parametri che possono essere ottenuti in uno spettro di trasmissione da solo.
Con il lavoro teorico dietro di loro, de Wit e Seager hanno usato il caldo Jupiter HD 189733b, con una massa già consolidata, come caso di studio. I loro calcoli hanno rivelato la stessa misurazione della massa (1,15 volte la massa di Giove) di quella ottenuta dalle misurazioni della velocità radiale.
Questa nuova tecnica sarà in grado di caratterizzare la massa di esopianeti in base ai soli dati di transito. Mentre i Giove caldi rimangono l'obiettivo principale della nuova tecnica, de Wit e Seager mirano a descrivere pianeti simili alla Terra nel prossimo futuro. Con il lancio del James Webb Space Telescope previsto per il 2018, gli astronomi dovrebbero essere in grado di ottenere la massa di mondi molto più piccoli.
Il documento è stato pubblicato su Science Magazine ed è ora disponibile per il download in un formato molto più lungo qui.
