Sappiamo così poco sui pianeti circumbinari – pianeti che orbitano attorno a due stelle anziché una – che a volte sembrano pura fantasia. E a ragione: ad oggi, abbiamo confermato l’esistenza di soli 18 pianeti circumbinari, rispetto agli oltre 6000 pianeti che conosciamo nei sistemi stellari singoli.
Anche il pianeta circumbinario più conosciuto è, letteralmente, frutto di fantasia: il pianeta desertico Tatooine di Star Wars, ovvero il luogo di nascita di Anakin Skywalker.
Ma uno studio condotto dalla UNSW ha ora individuato 27 potenziali pianeti circumbinari in una sola scansione, utilizzando un nuovo metodo di ricerca planetaria che amplia la tipologia tipica di pianeti che possiamo trovare.
I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , giusto in tempo per il 4 maggio, lo Star Wars Day.
“Gran parte delle nostre attuali conoscenze sui pianeti sono distorte, basate su come li abbiamo cercati”, afferma la signora Margo Thornton, autrice principale dello studio, astronoma e dottoranda presso l’UNSW. “Abbiamo trovato soprattutto quelli più facili da individuare.”
“Questo nuovo metodo potrebbe aiutarci a scoprire una vasta popolazione di pianeti nascosti, soprattutto quelli che non si allineano perfettamente con la nostra linea di vista. Potrebbe aiutarci a rivelare quale potrebbe essere la vera composizione della popolazione planetaria del nostro universo.”
Il metodo di ricerca dei pianeti, chiamato precessione apsidale, è stato utilizzato in precedenza per caratterizzare le stelle binarie, ma non in una ricerca su larga scala di pianeti.
Consiste nel monitorare come cambiano le orbite reciproche delle stelle binarie, rese visibili dalle loro eclissi stellari, nel corso di lunghi periodi di tempo.
Se si verifica una variazione nel loro calendario delle eclissi (normalmente prevedibile) che non può essere spiegata dalla relatività generale o dalle interazioni stellari, significa che un terzo corpo potrebbe influenzare le orbite delle stelle, e questo corpo potrebbe essere un pianeta.
I risultati sono stati ottenuti utilizzando i dati del Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA, un telescopio spaziale lanciato nel 2018 con la missione di cercare esopianeti.
“Sono entusiasta del potenziale di questo metodo per quanto riguarda il numero di pianeti che potremmo scoprire”, afferma il Prof. Ben Montet, astronomo e autore senior dello studio presso Scientia. “Non mi aspettavo di trovarne già 27 in questa fase dello studio pilota.”
“Ora possiamo iniziare il progetto davvero divertente: scoprire quali di questi sono pianeti reali.”
Un nuovo modo per trovare i pianeti
Quasi tutti i pianeti sono stati scoperti con il metodo del “transito”, che si verifica quando un pianeta passa davanti alla sua stella, creando una mini-eclissi.
Questa eclissi provoca un calo del segnale luminoso stellare inviato verso la Terra, suggerendo la possibile presenza di un pianeta in orbita attorno ad essa.
Ma il metodo del transito ci limita alla scoperta di soli pianeti che transitano tra la Terra e la loro stella. Se un pianeta orbita attorno alla sua stella (o alle sue stelle, in questo caso) su un’orbita irregolare, ovvero un’orbita che non si trova sulla nostra linea di vista diretta, può sfuggire al nostro rilevamento.
“Ci manca una parte fondamentale dell’architettura di questi sistemi”, afferma il Prof. Montet.
Il nuovo metodo aiuta gli astronomi a individuare pianeti come questi che altrimenti avremmo potuto non notare, contribuendo ad ampliare le nostre conoscenze sui tipi di ambienti che possono favorire lo sviluppo planetario.
“Con questo metodo, finora abbiamo individuato 27 potenziali pianeti candidati in ambienti completamente diversi dal nostro sistema solare”, afferma la signora Thornton, che ha fatto queste scoperte a solo un anno dall’inizio del suo dottorato di ricerca.
“Approfondendo la conoscenza dei diversi tipi di pianeti, possiamo comprendere meglio come si formano e si evolvono, soprattutto in questi ambienti complessi con due stelle.”
Per ora i pianeti vengono definiti “candidati” poiché il team deve confermare, o smentire, il loro status di pianeti utilizzando un ulteriore metodo di osservazione.
La signora Thornton ha avviato i lavori su questo argomento e spera di avere un documento di approfondimento pronto entro il prossimo anno.
I nostri vicini circumbinari
I candidati pianeti spaziano da oggetti con una massa pari a quella di Nettuno a oggetti con una massa dieci volte superiore a quella di Giove.
L’asteroide più vicino si trova a circa 650 anni luce dalla Terra, mentre il più lontano a circa 18.000 anni luce. Per dare un’idea delle proporzioni, un anno luce equivale a 9,4 trilioni di chilometri.
“I candidati sono sparsi sia nei nostri cieli australi che in quelli boreali”, afferma il Prof. Montet.
“Questo significa che in qualsiasi periodo dell’anno, non importa quando si stia guardando, almeno uno di questi sistemi stellari è visibile e pronto per essere osservato, a patto di avere un telescopio.”
Sebbene i candidati si estendano su distanze immense, sono comunque relativamente vicini al nostro “vicinato” nella Via Lattea, anche se la nostra lista di pianeti circumbinari vicini potrebbe presto allungarsi.
“Abbiamo individuato 27 candidati pianeti su 1.590 sistemi binari di stelle, il che rappresenta una percentuale di quasi il 2% di sistemi binari che potrebbero potenzialmente ospitare pianeti”, afferma il Prof. Associato Montet.
“Ciò implica che potenzialmente potrebbero esserci migliaia, o decine di migliaia, di possibili pianeti da scoprire grazie ai dati della Vera C. Rubin , la Legacy Survey of Space and Time.” nuova indagine decennale del cielo dell’Osservatorio
“Si tratta quindi di un primo passo davvero entusiasmante, che dimostra anche che ci sarà molto lavoro da fare nei prossimi anni.”
Imparare a conoscere altri mondi
La maggior parte dei pianeti che conosciamo nell’universo si trovano in sistemi stellari singoli, come il nostro sistema solare.
Ma a livello cosmico, sistemi come il nostro sono una minoranza: più della metà delle stelle nell’universo si trova in sistemi binari o multipli.
“Abbiamo dipinto metà del quadro, e l’altra metà della tela è completamente bianca”, afferma il Prof. Montet.
Gli astronomi hanno ancora molti interrogativi sulla formazione planetaria in questi sistemi, e questo nuovo metodo di ricerca di pianeti potrebbe contribuire a colmare alcune di queste lacune.
“Possiamo iniziare a porci domande come: quanto sono comuni questi pianeti in generale e se potrebbero essere abitabili?”, afferma il Prof. Montet.
“Se i pianeti circumbinari si rivelassero abitabili, significherebbe che la vita potrebbe essere ovunque. La vita potrebbe essere dappertutto. I numeri sono davvero entusiasmanti.”
La signora Thornton afferma che la ricerca di altri pianeti può aiutarci a saperne di più sul nostro posto nell’universo.
“Comprendere la diversità degli altri mondi là fuori è il primo passo per capire se c’è qualcun altro là fuori. Se siamo soli o no”, afferma.
“In fondo, è proprio questo il punto. Vogliamo semplicemente capire da dove veniamo, qual è il nostro posto nell’universo e cos’altro esiste là fuori.”
Da osservatore di stelle a esploratore spaziale.
La signora Thornton ha trascorso gran parte della sua infanzia in campeggio con la famiglia, ammirando il cielo notturno.
Ripensa a quei momenti come a elementi fondamentali per il suo futuro nell’astronomia.
“Passavo sempre del tempo all’aria aperta, sotto le stelle, e avevo sempre domande a cui i miei genitori non sapevano rispondere”, racconta la signora Thornton. “Quindi, volevo essere in grado di dare delle risposte.”
Ora, dopo molti anni e numerose risposte a diverse domande, l’astronomia è diventata una passione che ha potuto trasformare in una professione.
“Il mio supervisore, Ben, parla spesso di questo momento storico in astronomia in cui sei l’unica persona al mondo ad aver visto la prova di qualcosa di straordinario”, afferma la signora Thornton.
“Quando il primo sistema che ho esaminato ha mostrato un chiaro segnale di precessione di queste stelle, e siamo stati in grado di escludere tutte le altre cause, ci siamo ritrovati con questi grafici e numeri che suggerivano che avremmo potuto aver appena trovato un pianeta.”
“Per un breve periodo, eravamo gli unici sulla Terra a saperlo. È stata una sensazione davvero emozionante, ed è uno degli aspetti migliori del lavorare in astronomia.”
Rispondere a nuove domande galattiche
Nei prossimi mesi, la signora Thornton studierà gli spettri di queste stelle binarie, ovvero la luce che le compone, utilizzando il telescopio anglo-australiano di Coonabarabran. Il telescopio dispone di una sala di osservazione remota accessibile dal campus dell’UNSW di Sydney.
Nel corso dell’anno, il team collaborerà anche con ricercatori negli Stati Uniti, nel Regno Unito e in Cina per approfondire la conoscenza dei candidati visibili dall’emisfero settentrionale.
Lo studio degli spettri può aiutare il team a escludere che i corpi rilevati possano essere oggetti di massa maggiore, come stelle, nane brune, nane bianche o persino buchi neri.
Se nessun’altra spiegazione fosse possibile, si potrebbe confermare che si tratta di pianeti.
Nel frattempo, il team ha anche in programma di applicare lo stesso metodo di ricerca planetaria a campioni più ampi e di eseguire simulazioni per comprendere meglio come si sono formati i pianeti candidati e come potrebbero evolversi nel tempo.
“Sono rimasta sorpresa dall’efficacia del metodo e dalla debolezza del segnale che siamo riusciti a rilevare utilizzando i dati di TESS”, afferma la signora Thornton. “Questo metodo promette bene e potrebbe potenzialmente aiutarci a trovare oggetti piccoli quanto la Terra.”
“Sono entusiasta di ciò che ci riserva il futuro di questo progetto. L’universo è molto più complesso di quanto possiamo percepire direttamente, e potrebbero esserci molti altri Tatooine reali là fuori.”
La maggior parte dei pianeti circumbinari è stata scoperta tramite i transiti, limitando la nostra comprensione di tali sistemi a quelli con architetture reciprocamente complanari. Questa limitazione rende difficile dedurre la reale popolazione di pianeti circumbinari, evidenziando la necessità di metodi di rilevamento alternativi che non si basino sui transiti. In questo lavoro, esploriamo un approccio di questo tipo sfruttando la precessione apsidale come firma dinamica dei compagni planetari. Analizziamo la fotometria TESS di un campione di 1590 binarie a eclisse dal catalogo Gaia DR3 di candidati binari a eclisse per identificare sistemi che mostrano una precessione apsidale misurabile che non può essere spiegata solo da effetti relativistici generali, mareali o rotazionali. Questi segnali di precessione in eccesso indicano la presenza di ulteriori perturbatori gravitazionali e consentono di imporre vincoli sulle masse e sulle separazioni orbitali dei potenziali compagni. Presentiamo un nuovo set di 27 pianeti circumbinari candidati identificati tramite questo metodo basato sulla precessione, nonché sei compagni candidati con una massa minima più elevata. Le proprietà inferite rimangono degenerate, poiché le stesse caratteristiche dinamiche possono emergere da pianeti di massa inferiore a meno di 1 au o da compagni più massicci su orbite più ampie, di poche au, a riprova dell’attuale incertezza nella caratterizzazione di questi sistemi. Le velocità radiali possono contribuire a rompere questa degenerazione e fornire una conferma diretta.
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