Nuova tecnica per scoprire gli esopianeti

Posted on ottobre 18, 2010

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Utilizzando la nuova tecnologia ottica sviluppata presso l’Università diell’Arizona allo Steward Observatory, un team internazionale di astronomi ha ottenuto le immagini di un pianeta su un orbita molto più stretta attorno alla sua stella, rispetto a qualsiasi altro pianeta extrasolare trovato in precedenza.

La scoperta, pubblicata on-line sull’Astrophysical Journal Letters, è il risultato di una collaborazione internazionale tra l’Osservatorio Steward, l’Istituto Federale Svizzero di Tecnologia di Zurigo, l’European Southern Observatory, Università di Leiden nei Paesi Bassi e della Germania Max-Planck-Institut per l’astronomia.
Installato sull’European Southern Observatory’s Very Large Telescope o VLT, in cima al Monte Paranal  in Cile, la nuova tecnologia è stata attivata da un team internazionale di astronomi per confermare l’esistenza e il movimento orbitale di b Beta Pictoris, un pianeta da sette a 10 volte la massa del Giove, intorno alla sua stella madre, Beta Pictoris, a 63 anni luce di distanza.
Al cuore del sistema è un piccolo pezzo di vetro con un motivo molto complesso inscritto nella sua superficie. Chiamato Apodizing, o APP, il dispositivo blocca la luce delle stelle in modo molto definito, permettendo ai pianeti in l’alto nell’immagine di mostrare i segnalii precedentemente soffocati dal bagliore della stella.
“Questa tecnica apre nuove porte alla scoperta pianeta”, ha dichiarato Phil Hinz, direttore del Centro Steward Observatory. “Fino ad ora, abbiamo solo potuto guardare i pianeti esterni in un sistema solare, nella gamma dell’orbita di Nettuno. Ora possiamo vedere i pianeti su orbite molto più vicino alla loro stella madre”.
In altre parole, se gli astronomi stavano studiando il nostro Sistema Solare utilizzando la tecnologia disponibile in precedenza per l’individuazione dell’imaging diretta, tutti avrebbero visto  Urano e Nettuno. I pianeti interni, Mercurio, Venere, Terra, Marte e Saturno, e non si sarebbero presentatinelle loro immagini del telescopio.
La distanza media di Nettuno dal Sole è di circa 2,8 miliardi di miliardi di chilometri, o 30 Unità Astronomiche, o Aus. Una UA è definita come la distanza media tra il Sole e la Terra.
Il pianeta appena esposto,  Beta Pictoris b, orbita intorno alla sua stella a circa sette AUS, una distanza in cui le cose si fanno particolarmente interessanti, secondo Hinz, “è lì che crediamo che la maggior parte della massa planetaria si concentra nella maggior parte dei sistemi solari. Tra le 5 e le 10 UA”.
Mentre i cacciatori di pianeti hanno utilizzato una varietà di metodi indiretti per rilevare le “impronte” di pianeti extrasolari, come ad esempio la lieve oscillazione gravitazionale di un pianeta orbitante che induce alla sua stella madre, ben pochi di loro sono stati direttamente osservati.
Secondo Hinz, lo zoo crescente di pianeti extrasolari scoperti fino ad oggi, per lo più giganti gassosi super-massicci in ampie orbite, rappresenta un esempio preciso, poiché le loro dimensioni e la distanza alla loro stella madre li rende più facili da individuare.
“Si potrebbe dire che siamo partiti cercando in sistemi solari pianeti esterni, ma la tecnica che abbiamo sviluppato ci consente di cercare giganti gassosi a bassa massa delle dimensioni di Giove, in orbite interne”.
Ha aggiunto: “Per la prima volta, si potrebbero cercare pianeti  nelle stelle vicine come Alpha Centauri, per vedere se sono giganti gassosi”.
La svolta, che può consentire agli osservatori di bloccare del tutto la luce delle stelle con ulteriori perfezionamenti, è stata resa possibile attraverso modelli matematici molto complessi.
“Fondamentalmente, stiamo cancellando l’alone luce delle stelle che altrimenti soffocherebbe il segnale luminoso del pianeta”, ha detto Johanan (Giovanni) Codona, un ricercatore senior presso l’UA gli Steward Observatory che ha sviluppato la teoria che sta dietro alla tecnica, che egli chiama “phase-apodization coronagraphy.
“Se stai cercando di trovare qualcosa che è di migliaia o milioni di volte più debole della stella, è una grande sfida.”
Per rilevare i segnali di debole luce dei pianeti extrasolari, gli astronomi si basano sui coronografi per bloccare il disco luminoso di una stella, proprio come la schermatura della Luna davanti alla luce del Sole durante un’eclisse, permettendo di vedere anche gli oggetti più deboli.

Beta Pictoris b. (ESO, VLT)

Utilizzando il proprio approccio matematico non convenzionale, Codona ha trovato un complesso schema di increspature d’onda, che, se presenti sotto le stelle ed entrando nel telescopio, avrebbero causato la parte cancellato l’alone, ma lasciato l ‘immagine intatta. Il team di Steward Observatory ha usato un pezzo di vetro ottico a raggi infrarossi delle dimensioni e della forma di una goccia per introdurre le increspature. Situato nel percorso ottico del telescopio, il dispositivo APP ruba una piccola parte della luce stellare e diffrandengola e annullandola.
“E ‘un effetto simile a quello che si potrebbe vedere se fossimo immersi nel mare e guardassimo il Sole da sotto la superficie”, ha spiegato Sascha Quanz dalla Swiss Federal Institute of Technology di Astronomia, l’autore principale dello studio.
“Le onde sulla superficie curvano i raggi di luce e fanno apparire il cielo e le nuvole molto diverse. I nostri lavori ottici sono assai simili”.
Al fine di bloccare la luce proveniente da una stella, i coronagrafi convenzionali devono essere precisamente allineati e sono altamente sensibili al disturbo. Una morbida brezza notturna potrebbe essere eludere del tutto la qualità dell’immagine. L’APP, d’altra parte, non richiede il puntamento e funziona altrettanto bene su ogni stella.
Il nostro sistema non si cura questo tipo di disturbi”, ha detto Codogno. “Permette di osservare molto più facilmente e molto più efficientemente le stelle sospette”.
Nello sviluppo dell’APP, Codogno è stato raggiunto da Matt Kenworthy (ora al Leiden Observatory nei Paesi Bassi). Hinz, che è un membro del team dello strumento di aggiornamento per il VLT, ha giocato un ruolo chiave nella implementazione della tecnica del 6,5 Meter Telescope sul monte Hopkins in Arizona.
L’ex professore UA Michael Meyer, ora al Politecnico federale di Zurigo, dove ha guidato il gruppo di attuazione della tecnologia sul VLT, ha sottolineato che l’APP potrà avanzare le aree di ricerca in aggiunta alla caccia di pianeti extrasolari.
“Sarà emozionante vedere come gli astronomi utilizzeranno la nuova tecnologia sul VLT, in quanto si presta anchead altre strutture deboli intorno a stelle giovani e quasar”.
A cura di Arthur McPaul

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