Pianeta extrasolare
Un pianeta extrasolare è un pianeta che non appartiene al nostro sistema solare e che orbita attorno ad una stella diversa dal sole. Per molto tempo se ne è ipotizzata l'esistenza, ma non ne fu scoperto nessuno prima del 1990, a causa dell'insufficiente potenza degli strumenti utilizzati.
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Storia delle scoperte
I primi pianeti extrasolari furono scoperti negli anni '90, grazie ad un continuo miglioramento della tecnologia dei telescopi (come i CCD ,le analisi di immagini al computer), e ad un nuovo tipo di telescopio, l'Hubble Space Telescope, l'unico telescopio spaziale ottico esistente. Questi progressi permisero una misura più accurata del moto proprio delle stelle, e agli astronomi di rivelarne i pianeti, ( non osservandoli direttamente a causa della loro debole luminosità), ma misurando la loro influenza gravitazionale sulle stelle (vedi astrometria). Inoltre, i pianeti extrasolari possono essere individuati misurando la variazione nella luminosità apparente di una stella, che diminuisce leggermente quando un pianeta passa di fronte ad essa (vedi eclissi).
A tutt'oggi (5 Novembre 2004) si conoscono 117 sistemi extrasolari con almeno 133 pianeti (più che altro giganti gassosi, probabilmente a causa di un effetto di selezione dovuto ai metodi di scoperta, (spiegati più in basso) e 13 sistemi multipli. Inoltre molte osservazioni indicano l'esistenza di milioni di comete anche nei sistemi extrasolari. Nel luglio 2004 è stato annunciato che il telescopio Hubble avrebbe scoperto altri 100 pianeti, ma le osservazioni non sono state ancora confermate.
L'astronomo polacco Aleksander Wolszczan sostenne di aver trovato i primi pianeti extrasolari nel 1993, in orbita attorno alla pulsar PSR 1257+12. Osservazioni successive hanno dimostrato che questi oggetti non sono "veri" pianeti, ma sono tecnicamente "masse simili a sotto-nane brune, in orbita attorno ad un oggetto stellare". Si pensa che siano degli strani resti della supernova che ha prodotto la pulsar, e che si siano formati in modo del tutto diverso dai pianeti convenzionali.
I primi "veri" pianeti extrasolari furono annunciati il 6 ottobre 1995 da Michel Mayor e Dider Queloz: la stella attorno a cui orbitavano era 51 Pegasi. Da allora sono stati individuati dozzine di pianeti, molti dei quali da un gruppo guidato da Geoffrey Marcy al Lick Observatory della University of California e al Keck Observatory. Il primo sistema con più di un pianeta fu quello di Upsilon Andromedae. La maggior parte dei pianeti ha orbite molto ellittiche, una circostanza che rende più facile scoprirli.
Metodi di individuazione
Vi sono attualmente cinque metodologie utili per scoprire pianeti extrasolari, i quali sono troppo deboli per essere scoperti con i metodi tradizionali dell'osservazione visiva al telescopio.
Astrometria
Il primo metodo è l'astrometrico i cui primi tentativi risalgono al 1943. Con questo metodo sono stati individuati molti candidati, ma nessuno è stato confermato come pianeta, costringendo la maggior parte degli astronomi a rinunciare al suo utilizzo, a favore di altri. Il suo punto debole è dovuto al fatto che richiede una misura molto precisa del moto proprio di una stella: nel caso essa abbia un pianeta, il moto presenta piccole oscillazioni periodiche. Sfortunatamente queste sono così piccole che i migliori telescopi esistenti non possono produrre misure abbastanza sicure. Inoltre le misure sono più facili quando le orbite dei pianeti sono perpendicolari alla nostra linea di vista (cioè sono viste di faccia invece che di taglio), cosa che rende impossibile l'uso degli altri metodi per confermare l'osservazione.
Metodo Doppler
Il metodo Doppler richiede la misura del movimento delle linee spettrali della stella, dovute all'effetto Doppler causato dall'orbita del pianeta. Questo è il metodo di maggior successo, ma funziona solo per stelle relativamente vicine (fino a 160 anni luce, usando i telescopi odierni). Questo metodo è in grado di individuare facilmente pianeti molto vicini alla loro stella, ma entra in difficoltà se i pianeti hanno orbite più lontane.
Microlente gravitazionale
L'effetto della lente gravitazionale avviene quando i campi gravitazionali di un pianeta e della sua stella cooperano per focalizzare la luce di una stella lontana. Affinché riesca l'effetto, occorre che l'osservatore, la stella, il pianeta e la stella lontana si trovino per caso esattamente sulla stessa linea di vista. Poiché un allineamento così perfetto capita molto di rado (e l'effetto è molto piccolo, da cui il nome micro) occorre tenere sotto sorveglianza un grande numero di stelle. Questo metodo funziona al meglio per le stelle che si trovano tra noi e il nucleo galattico, perché esso mette a disposizione un gran numero di stelle sullo sfondo.
L'effetto di microlente gravitazionale ha un passato rispettabile. Nel 1986, Bohdan Paczynski della Princeton University lo propose per la prima volta, per cercare la misteriosa materia oscura. Nel 1991 suggerì che poteva essere utilizzato anche per cercare pianeti. I primi successi si ebbero nel 2002, quando un gruppo di astronomi polacchi (Andrzej Udalski, Marcin Kubiak e Michal Szymanski da Varsavia, e il polacco-americano Bohdan Paczynski della Princeton) perfezionarono un metodo che poteva essere utilizzato, nell'ambito del progetto OGLE (l'Optical Gravitational Lensing Experiment). In un mese di lavoro scoprirono 46 oggetti, molti dei quali potevano essere pianeti.
Gli eventi-lente sono brevi, solo alcuni giorni o settimane, perché le due stelle e la Terra si muovono l'una rispetto all'altra. Sono stati misurati più di 1000 eventi-lente negli ultimi dieci anni.
Il vantaggio fondamentale di questo metodo è che permette di scoprire pianeti di piccola massa (cioè simili alla Terra) usando le tecnologie oggi disponibili. Un grande svantaggio è che l'osservazione non può essere ripetuta, perché l'allineamento necessario non si ripete quasi mai. Inoltre, la maggior parte delle stelle osservate con questo metodo sono molto distanti (varie migliaia di anni luce), cosa che rende impossibile l'osservazione di pianeti con altri metodi. Ma se fosse possibile osservare con continuità un grande numero di stelle, si otterrebbe almeno una stima di quanto sono comuni i pianeti simili alla Terra nella nostra galassia.
Oltre all'OGLE, finanziato dalla NASA e dall'NSF, c'è almeno un altro esperimento in corso, il MOA (Microlensing Observations in Astrophysics]] (MOA). Gli astronomi si aspettano che sia possibile rilevare un pianeta di dimensioni simili alla Terra entro cinque anni.
Transito
Il metodo più recente consiste nella rilevazione dell'ombra che un pianeta lascia quando transita di fronte alla sua stella. Questo funziona solo per la piccola percentuale di pianeti la cui orbita è perfettamente allineata col nostro punto di vista, però può essere utilizzato fino a grandi distanze. L'osservatorio spaziale Kepler, il cui lancio è previsto nel 2007, potrà svolgere osservazioni di questo tipo.
La maggior parte dei pianeti trovati con questo metodo sono di massa relativamente elevata (almeno 40 volte quella della Terra). Un paio sembrano di dimensioni simili a quella della Terra.
Dischi circumstellari
Un approccio ancora più recente consiste nello studio delle nubi di polveri. Molti sistemi solari contengono una quantità notevole di polvere, la cui presenza è dovuta a passaggi di comete e di collisioni tra asteoridi e pianeti. Questa polvere forma un disco attorno alla stella, assorbe una parte della queste messa e la riemette come radiazione infrarossa. Questi dischi possono fornire molte informazioni attraverso lo studio della loro densità e distorsione, che possono essere causate da un pianeta che "raccoglie" la polvere, oppure che distorce il disco con la sua influenza gravitazionale.
Sfortunatamente questo metodo può essere usato solo con osservazioni dallo spazio, perché la nostra atmosfera assorbe la maggior parte della radiazione infrarossa, rendendo impossibili le osservazioni da Terra. Il nostro stesso sistema solare contiene una quantità di polvere pari ad un decimo della massa della Luna. Anche se questa quantità è insignificante nel totale della massa, l'area su cui è distribuita è così elevata che, da grandi distanze, l'emissione infrarossa della polvere sarebbe 100 volte più intensa di quella di tutti i pianeti.
L'Hubble Space Telescope può svolgere queste osservazioni, utilizzando la sua camera NICMOS (Near Infrared Camera dand Multi-object Spectrometer), ma non è stato possibile far svolgere questo compuito a causa di un guasto al raffreddamento della NICMOS, che l'ha resa inutilizzabile dal 1999 al 2002. Immagini migliori sono state riprese nel 2003 da una camera "sorella", montata sullo Spitzer Space Telescope (conosciuto prima come SIRTF, Space Infrared Telescope Facility). Lo Spitzer è stato progettato specificatamente per le osservazioni infrarosse, e, per questo tipo di immagini è molto più potente dell'HST.
Stranezze dei sistemi extrasolari
Molti astronomi si domandano perché molti pianeti extrasolari sono giganti gassosi di grandi dimensioni e del perché si trovano sono molto vicini alla loro stella, rispetto a quelli del nostro sistema solare. Per esempio, Tau Boötis ha un pianeta 4 volte più grande di Giove a meno di un quarto di unità astronomica (UA) di distanza (cioè un quarto della distanza Terra-Sole). HD114762 ha un pianeta 11 volte più grande di Giove, a meno di mezza UA. Una possibile risposta è che i metodi di ricerca odierni favoriscono questo tipo di sistemi: un grande pianeta posto a piccola distanza amplifica le oscillazioni della stella, ed esse sono facilmente visibili come effetto Doppler. Un pianeta più piccolo, a distanza più grande, provoca oscillazioni molto più piccole e difficili da vedere.
Un'altra spiegazione è che i pianeti si siano formati a distanze maggiori, per poi muoversi verso l'interno a causa delle reciproche interazioni gravitazionali. Tale modello è stato chiamato modello dei Giovi Saltellanti, nome che rende bene l'idea.
Pianeti extrasolari degni di nota
Il 27 novembre 2001 alcuni astronomi annunciarono di aver usato l'HST per osservare l'atmosfera del pianeta orbitante attorno a HD209548 (conosciuto come HD209458b e provvisoriamente soprannominato Osiride). Durante lo stesso anno fu trovata una stella che conteneva i resti di uno o più pianeti nella propria atmosfera: a quanto pare il pianeta era stato vaporizzato dalla stella. Sembra quindi che i pianeti possano formarsi così vicini alla loro stella che il calore ne porta via la maggior parte della massa.
Il 10 luglio 2003, utilizzando informazioni ottenute con l'HST, gli scienziati anno trovato il pianeta extrasolare più vecchio. Chiamato Matusalemme, il pianeta si trova a 5600 anni luce dalla Terra, ha una massa doppia rispetto a quella di Giove, ed ha un'età stimata di 13 miliardi di anni. Si trova nell'ammasso globulare M4, nella direzione della costellazione dello Scorpione.
Il 15 aprile 2004, più gruppi indipendenti hanno annunciato la scoperta di tre pianeti al di fuori del nostro sistema solare, incluso uno che si trova a 17.000 anni luce di distanza, tre volte il precedente record. La stella di sfondo che è stata usata per l'effetto microgravitazionale si trova a 24.000 anni luce di distanza. Il pianeta scoperto ha una massa stimata di 1,5 volte quella di Giove, ed orbita attorno alla sua stella a 3 AU di distanza.
Lo stesso giorno, un gruppo di ricerca europeo dell'Osservatorio di Ginevra ha individuato due giganti gassosi, utilizzando il metodo del transito. Entrambi sono stati chiamati Giovi caldi, in quanto possiedono una massa simile a quella di Giove ma sono vicinissimi alla loro stella: completano un'orbita in soli due giorni terrestri.
Altre scoperte verranno dalle missioni spaziali attualmente in fase di progetto, come la Space Interferometry Mission e la Terrestrial Planet Finder.
Vedi lista di stelle con pianeti extrasolari confermati per una lista di osservazioni confermate.
Collegamenti esterni
(in inglese)
Progetti di ricerca:
Approfondimenti:
- The Extrasolar Planets Encyclopaedia
- Table of known planetary systems
- Andrew Collier Cameron, Extrasolar planets, Physics World (January 2001). (See the online version.)
Notizie:
- Newfound World Shatters Distance Record from space.com
- Hubble telescope "discovers 100 new planets": BBC news story