Negli ultimi decenni, il numero di pianeti extra-solari che sono stati rilevati e confermati è cresciuto esponenzialmente. Attualmente, l'esistenza di 3.778 esopianeti è stata confermata in 2.818 sistemi planetari, con ulteriori 2.737 candidati in attesa di conferma. Con questo volume di pianeti disponibili per lo studio, l'attenzione della ricerca sugli esopianeti ha iniziato a spostarsi dal rilevamento alla caratterizzazione.
Ad esempio, gli scienziati sono sempre più interessati a caratterizzare le atmosfere degli esopianeti in modo da poter dire con sicurezza di avere gli ingredienti giusti per la vita (ad esempio azoto, anidride carbonica, ecc.). Sfortunatamente, questo è molto difficile usando i metodi attuali. Tuttavia, secondo un nuovo studio condotto da un team internazionale di astronomi, gli strumenti di nuova generazione che si basano sull'imaging diretto cambieranno il gioco.
Lo studio, "Imaging diretto nella luce riflessa: caratterizzazione di pianeti extrasolari temperati più vecchi con telescopi da 30 m", è recentemente apparso online. Lo studio è stato condotto da Michael Fitzgerald e Ben Mazin, professore associato di astrofisica presso l'Università della California di Los Angeles (UCLA) e Worster Chair in Experimental Physics presso l'Università della California di Santa Barbara (UCSB), rispettivamente.
A loro si sono uniti i ricercatori dell'Istituto di ricerca sugli esopianeti dell'Università di Montreal (iREX), il Jet Propulsion Laboratory della NASA, i Carnegie Observatories, lo Steward Observatory, il National Astronomical Observatory del Giappone, il Massachusetts Institute of Technology (MIT), la California Institute of Technology (Caltech) e diverse università.
Come indicano nel loro studio, le nostre capacità di caratterizzare gli esopianeti sono attualmente limitate. Ad esempio, i nostri metodi attuali - i più utilizzati sono il metodo del transito e le misurazioni della velocità radiale - hanno portato alla scoperta di migliaia di pianeti di breve periodo (pianeti che orbitano vicino ai loro soli per un periodo di circa 10 giorni). Tuttavia, la sensibilità di questi metodi inizia a diminuire sostanzialmente quanto più l'esopianeta è lontano dal suo sole.
Inoltre, anche i pianeti di lungo periodo sono in gran parte inaccessibili per quanto riguarda i loro spettri. Questo tipo di analisi comporta la misurazione della luce che attraversa l'atmosfera di un pianeta mentre transita dalla sua stella. Misurando i suoi spettri per determinarne la composizione, gli scienziati possono caratterizzare l'atmosfera dell'esopianeta e determinare se un pianeta potrebbe effettivamente essere abitabile.
Per ovviare a questo, il team suggerisce che il rilevamento diretto (noto anche come imaging diretto) sarà un metodo più efficace per caratterizzare le atmosfere degli esopianeti. Come la dott.ssa Étienne Artigau, ricercatrice iREX e coautrice dello studio, ha spiegato a Space Magazine via e-mail (tradotto dal francese)
"Nessun pianeta rilevato per ora è stato trovato nella" luce riflessa ". Quando vediamo i pianeti del nostro sistema solare, è perché sono illuminati dal Sole che possiamo vederli. Allo stesso modo, i pianeti delle altre stelle riflettono la luce e deve essere possibile rilevare questa luce con un telescopio sufficientemente potente. Il rapporto di flusso tra i pianeti e la loro stella è enorme, dell'ordine di 1 miliardo, rispetto ai pianeti rilevati dalla loro emissione termica, o questo rapporto è piuttosto dell'ordine di 1 milione ".
Allo stato attuale, l'imaging diretto è l'unico mezzo per ottenere spettri di esopianeti non in transito, in particolare quelli che si trovano a distanze intermedie e ampie dai loro soli. In questo caso, gli astronomi ottengono gli spettri dalla luce riflessa dall'atmosfera dell'esopianeta per determinarne la composizione. Finora solo una manciata di esopianeti sono stati ripresi direttamente, tutti super-gioviali auto-luminosi che orbitavano attorno alle loro stelle ospiti a una distanza di centinaia o migliaia di UA.
Questi pianeti erano molto giovani e avevano temperature superiori a 500 ° C (932 ° F), il che li rende una classe di pianeti piuttosto rara. Di conseguenza, gli astronomi non hanno informazioni sulla diversità delle atmosfere degli esopianeti, specialmente quando si tratta di pianeti rocciosi più piccoli che hanno temperature più simili a quelle della Terra - dove le temperature superficiali si aggirano intorno ai 15 ° C (58,7 ° F).
Ciò è dovuto al fatto che i telescopi esistenti semplicemente non hanno la sensibilità di rappresentare direttamente i pianeti più piccoli che orbitano più vicino alle stelle. Come hanno stabilito nel loro studio, caratterizzare le atmosfere dei pianeti che si trovano entro 5 UA delle loro stelle (dove i sondaggi sulla velocità radiale hanno rivelato molti pianeti) richiederebbe un telescopio con un'apertura di 30 metri combinato con un'ottica adattiva avanzata, un coronagraph e suite di spettrometri e imager.
"In breve, nessun telescopio attuale è in grado di rilevare questi pianeti, anche intorno alle stelle più vicine a noi, ma ci sono tutte le ragioni per credere che la prossima generazione di telescopi con un diametro di 30 me più sarà in grado di farlo" Artiqua. "Non è certo che uno sarà in grado di rilevare, inizialmente, pianeti come la Terra, ma almeno uno dovrebbe essere in grado di rilevare pianeti paragonabili a Urano e Nettuno, il che sarebbe già un ottimo risultato."
Tali strutture di prossima generazione e strumenti di ottica adattiva includono il Planetary Systems Imager (PSI) sul Thirty Meter Telescope (TMT), che viene proposto per la costruzione a Mauna Kea, nelle Hawaii. E c'è lo strumento GMagAO-X sul Giant Magellan Telescope (GMT), che è attualmente in costruzione presso l'Osservatorio di Las Campanas e previsto per il completamento nel 2025.
Come indicato da Artigau, i sondaggi condotti con questi strumenti di prossima generazione consentiranno agli astronomi di rilevare e caratterizzare una più ampia gamma di pianeti, oltre a consentire la ricerca di possibili segni di vita (ovvero le biosignature), come mai prima:
“Questo ci permetterà di studiare direttamente la luce proveniente dai pianeti solo un po 'più grande della Terra (e forse come la Terra se siamo ottimisti). Questa è una delle nostre migliori possibilità di cercare le firme della vita in queste atmosfere. Anche se non troviamo un segno vitale, ciò consentirà di comprendere intere classi di pianeti che vediamo indirettamente (transiti, velocità radiale) ma di cui non sappiamo nulla ... L'importanza dell'imaging diretto è che consente di sondare direttamente l'atmosfera e persino la superficie di questi pianeti. L'aggiunta di uno spettrografo ad alta risoluzione fornisce anche un'idea dei venti e della circolazione globale del vento, oltre a sondare la presenza di molecole diverse. "
Naturalmente, ci saranno ancora limiti a ciò che gli scienziati possono imparare usando il metodo di imaging diretto, anche con questi strumenti e telescopi di prossima generazione a loro disposizione. Ma le possibilità e le implicazioni per la ricerca sugli esopianeti sono a dir poco immense. Per i principianti, gli astronomi sarebbero in grado di farsi un'idea dei dati demografici dei pianeti rocciosi più piccoli che orbitano all'interno delle rispettive zone abitabili delle loro stelle.
"Il rilevamento di pianeti" potenzialmente abitabili "è sicuramente il caso più eccitante qui, ma è importante tenere presente che rimarrà piuttosto difficile anche con il telescopio da 30 m", ha detto Artigua. "Quando facciamo una previsione statistica, ci dovrebbero essere solo pochi (probabilmente meno di 10) pianeti terrestri che saranno accessibili e avranno una temperatura paragonabile alla nostra."
All'interno di questa gamma di pianeti, Artigau e i suoi colleghi possono immaginare una serie di scenari interessanti. Ad esempio, alcuni possono essere simili a Venere, in cui atmosfere dense e un'orbita relativamente vicina provocano un effetto serra in fuga. Altri possono essere come Marte, dove il vento solare o le eruzioni hanno privato le atmosfere dei pianeti. Oltre a ciò, potrebbero esserci pianeti terrestri che non possiamo nemmeno immaginare.
"In breve, i pianeti abitabili potrebbero benissimo avere più immaginazione di noi", ha concluso il Dr. Artiqau. "Questa diversità di esopianeti implica anche che dobbiamo stare attenti quando prevediamo che sarà abitabile".
"[La] linea di fondo è che possiamo fare cose straordinarie nello studio degli esopianeti da terra con telescopi da 30 m, ma sono necessari notevoli investimenti in tecnologia per prepararsi a costruire questi strumenti per telescopi da 30 m", ha aggiunto Mazin.
Lo studio è stato reso possibile grazie all'assistenza aggiuntiva fornita dal National Research Council of Canada (NRC) e dalla Giant Magellan Telescope Organization (GMTO) Corporation.
