Studiando un sistema planetario triplo che ricorda una versione in grande della famiglia di pianeti del nostro Sole, gli astronomi sono stati in grado di ottenere il primo spettro diretto — l'"impronta digitale chimica" [1] — di un pianeta che orbita attorno a una stella distante [2], portando così a nuove informazioni sulla formazione e sulla composizione del pianeta. Questo risultato rappresenta una pietra miliare nella ricerca della vita in altre parti dell'Universo.
"Lo spettro di un pianeta è come un'impronta digitale. Fornisce informazioni chiave riguardo agli elementi chimici presenti nell'atmosfera del pianeta," spiega Markus Janson, primo autore dell'articolo che riporta le nuove scoperte. "Con questa informazione possiamo comprendere meglio come si è formato il pianeta, e in futuro, potremmo persino essere in grado di rilevare i segni rivelatori della presenza di vita."
I ricercatori hanno ottenuto lo spettro di un pianeta extrasolare gigante che orbita attorno alla luminosa e giovanissima stella HR 8799. Il sistema si trova a circa 130 anni luce dalla Terra. La stella ha una massa 1,5 volte quella del Sole, e ospita un sistema planetario che assomiglia a un modello ingrandito del nostro Sistema Solare. Un sistema triplo di pianeti giganti, con masse fra 7 e 10 volte quella di Giove, era stato rilevato in precedenza da un altro gruppo di ricercatori. I pianeti sono fra 20 e 70 volte più distanti dalla loro stella di quanto la Terra è dal Sole; il sistema mostra anche due cinture di oggetti minori, simili alla cintura degli asteroidi e a quella di Kuiper.
"Il nostro obiettivo era il pianeta intermedio fra i tre, che è circa dieci volte più massivo di Giove e ha una temperatura di circa 800 gradi,“ dice Carolina Bergfors, membro del gruppo. "Dopo più di cinque ore di posa, siamo stati in grado di strappare lo spettro del pianeta alla luce molto più brillante della stella centrale.”
Questa è la prima volta che lo spettro di un pianeta che orbita una stella normale, quasi simile al Sole, è stato ottenuto direttamente. In precedenza, i soli spettri ottenibili richiedevano che un telescopio spaziale osservasse un pianeta extrasolare che passa dietro la sua stella centrale, eclissandosi; lo spettro poteva essere ottenuto confrontando la luce della stella prima e dopo l'evento. Tuttavia questo metodo può essere applicato solo se l'orbita del pianeta extrasolare si presenta di taglio, cosa che si verifica solo per una piccola frazione di sistemi di pianeti extrasolari. Questo spettro, invece, è stato ottenuto da terra, utilizzando il Very Large Telescope (VLT) dell'ESO, mediante osservazioni dirette che non dipendono dall'orientazione dell'orbita.
Dato che la stella centrale è molte migliaia di volte più luminosa del pianeta, questo è un notevole risultato. "È come cercare di capire di cosa è fatta una candela, osservandola da una distanza di due chilometri mentre si trova vicina a una accecante lampada da 300 Watt,” spiega Janson.
La scoperta è stata resa possibile dallo strumento infrarosso NACO, montato al VLT, e si basa sulle straordinarie capacità del sistema a ottica adattiva dello strumento [3]. Immagini e spettri persino più accurati di pianeti extrasolari giganti si attendono sia dallo strumento di prossima generazione SPHERE — che verrebbe installato al VLT nel 2011 — che dall'European Extremely Large Telescope.
I nuovi dati ottenuti mostrano che l'atmosfera che avvolge il pianeta è ancora poco compresa. "Le strutture spettrali osservate non sono compatibili con i modelli teorici correnti," spiega il co-autore Wolfgang Brandner. "Dobbiamo prendere in considerazione una descrizione più dettagliata delle nubi di polvere atmosferiche, o accettare che l'atmosfera ha una composizione chimica diversa da quella che ci si aspettava."
Gli astronomi sperano di poter presto mettere le mani sulle impronte digitali degli altri due pianeti giganti così da poter confrontare, per la prima volta, gli spettri di tre pianeti appartenenti allo stesso sistema. "Questo certamente porterà nuova luce sui processi che portano alla formazione di sistemi planetari come il nostro," conclude Janson.
Note
[1] Come dimostra ogni arcobaleno, la luce bianca può essere separata in colori differenti. Gli astronomi separano artificialmente la luce che ricevono da oggetti distanti nei suoi diversi colori (o "lunghezze d'onda"). Ma mentre nell'arcobaleno noi distinguiamo abitualmente cinque o sei colori, gli astronomi riproducono centinaia di finissime sfumature di colore, realizzando uno spettro — una trascrizione delle diverse quantità di luce emessa dall'oggetto a ciascuna sottile banda di colore. I dettagli dello spettro — più luce emessa in certi colori, meno luce in altri — forniscono segni rivelatori riguardo alla composizione chimica della materia che genera la luce. Questo fa della spettroscopia, la registrazione degli spettri, un importante strumento investigativo in astronomia.
[2] Nel 2004 gli astronomi hanno utilizzato NACO al VLT per ottenere un'immagine e uno spettro di un oggetto 5 volte la massa di Giove, rotante attorno a una nana bruna — una "stella fallita". Si pensa però che la coppia si sia formata nel suo insieme, come un piccolo sistema binario, piuttosto che separatamente, col compagno formatosi nel disco attorno alla nana bruna come in un sistema stella-pianeta (vedi ESO 28/04, ESO 15/05 e ESO 19/06).
[3] I telescopi a terra risentono dell'effetto di confusione introdotto dalla turbolenza atmosferica. Questa turbolenza provoca lo scintillio delle stelle che fa deliziare i poeti, ma riempie di frustrazione gli astronomi, dato che distrugge i fini dettagli delle immagini. Con tecniche di ottica adattiva questo grave inconveniente può essere superato, rendendo il telescopio capace di produrre immagini alla massima nitidezza teoricamente possibile, cioè avvicinandosi alle condizioni esistenti nello spazio. I sistemi di ottica adattativa funzionano grazie a uno specchio deformabile controllato da un computer, che controbilancia le distorsioni dell'immagine introdotte dalla turbolenza atmosferica. Il sistema si basa su correzioni ottiche compiute in tempo reale ad altissima velocità (molte centinaia di volte al secondo) sulla base di immagini ottenute da un sensore di fronte d'onda (una speciale telecamera) che controlla la luce di una stella di riferimento.
Ulteriori informazioni
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