Astronomia

C'è qualche differenza tra gli esopianeti nella composizione a causa della stella ospite?

C'è qualche differenza tra gli esopianeti nella composizione a causa della stella ospite?

In parole povere, ad esempio, i pianeti rocciosi in orbita attorno a nane rosse avrebbero una composizione chimica notevolmente diversa rispetto ai pianeti rocciosi in orbita attorno a stelle di sequenza principale di tipo B? Mutatis mutandis giganti gassosi e gli altri tipi di stelle ospiti.


La composizione chimica della polvere spaziale - la sostanza che si agglomera nei pianeti - dipende dalla storia delle supernove e delle stelle di neutroni e simili che hanno creato gli atomi in una data regione dello spazio. È improbabile che ciò abbia alcuna relazione con le dimensioni o l'età della stella attorno alla quale ruotano detti elementi.


L'"impronta digitale chimica" del primo esopianeta in transito rivela il suo lontano luogo di nascita

Exoplanet HD 209458b transita la sua stella. La mezzaluna illuminata ei suoi colori sono stati esagerati per illustrare gli spettri luminosi che gli astronomi hanno usato per identificare le sei molecole nella sua atmosfera. Credito: Università di Warwick/Mark Garlick

Gli astronomi hanno trovato prove che il primo esopianeta identificato in transito con la sua stella potrebbe essere migrato in un'orbita ravvicinata con la sua stella dal suo luogo di nascita originale più lontano.

L'analisi dell'atmosfera del pianeta da parte di un team di scienziati dell'Università di Warwick ha identificato l'impronta chimica di un pianeta che si è formato molto più lontano dal suo sole di quanto non risieda attualmente. Conferma il pensiero precedente secondo cui il pianeta si è spostato nella sua posizione attuale dopo essersi formato, a soli 7 milioni di km dal suo sole o l'equivalente di 1/20 della distanza dalla Terra al nostro Sole.

Le conclusioni sono pubblicate oggi (7 aprile) sulla rivista Natura da un team internazionale di astronomi. L'Università di Warwick ha guidato la modellazione e l'interpretazione dei risultati che segnano la prima volta che sono state misurate fino a sei molecole nell'atmosfera di un esopianeta per determinarne la composizione.

È anche la prima volta che gli astronomi utilizzano queste sei molecole per individuare in modo definitivo il luogo in cui si formano questi pianeti caldi e giganti grazie alla composizione delle loro atmosfere.

Con nuovi telescopi più potenti che saranno presto online, la loro tecnica potrebbe essere utilizzata anche per studiare la chimica degli esopianeti che potrebbero potenzialmente ospitare la vita.

Quest'ultima ricerca ha utilizzato il Telescopio Nazionale Galileo a La Palma, in Spagna, per acquisire spettri ad alta risoluzione dell'atmosfera dell'esopianeta HD 209458b mentre passava davanti alla sua stella ospite in quattro diverse occasioni. La luce della stella viene alterata mentre attraversa l'atmosfera del pianeta e, analizzando le differenze nello spettro risultante, gli astronomi possono determinare quali sostanze chimiche sono presenti e la loro abbondanza.

Per la prima volta, gli astronomi sono stati in grado di rilevare acido cianidrico, metano, ammoniaca, acetilene, monossido di carbonio e basse quantità di vapore acqueo nell'atmosfera di HD 209458b. L'inaspettata abbondanza di molecole a base di carbonio (acido cianidrico, metano, acetilene e monossido di carbonio) suggerisce che ci siano approssimativamente tanti atomi di carbonio quanti atomi di ossigeno nell'atmosfera, il doppio del carbonio previsto. Ciò suggerisce che il pianeta ha accumulato gas preferenzialmente ricco di carbonio durante la formazione, il che è possibile solo se orbitava molto più lontano dalla sua stella quando si è originariamente formato, molto probabilmente a una distanza simile a Giove o Saturno nel nostro sistema solare.

Il Dr. Siddharth Gandhi del Dipartimento di Fisica dell'Università di Warwick ha dichiarato: "Le sostanze chimiche chiave sono specie contenenti carbonio e azoto. Se queste specie sono al livello che le abbiamo rilevate, questo è indicativo di un'atmosfera che è arricchita in carbonio rispetto all'ossigeno Abbiamo usato queste sei specie chimiche per la prima volta per restringere il punto nel suo disco protoplanetario originariamente formato.

"Non c'è modo che un pianeta si formi con un'atmosfera così ricca di carbonio se si trova all'interno della linea di condensazione del vapore acqueo. Alla temperatura molto calda di questo pianeta (1.500K), se l'atmosfera contiene tutti gli elementi del stessa proporzione della stella madre, l'ossigeno dovrebbe essere due volte più abbondante del carbonio e per lo più legato all'idrogeno per formare acqua o al carbonio per formare monossido di carbonio.La nostra scoperta molto diversa concorda con l'attuale comprensione che i Giove caldi come HD 209458b si sono formati molto lontano dalla loro posizione attuale."

Utilizzando modelli di formazione planetaria, gli astronomi hanno confrontato l'impronta chimica di HD 209458b con ciò che si aspetterebbero di vedere per un pianeta di quel tipo.

Un sistema solare inizia la vita come un disco di materiale che circonda la stella che si riunisce per formare i nuclei solidi dei pianeti, che poi accumulano materiale gassoso per formare un'atmosfera. Vicino alla stella, dove fa più caldo, una grande percentuale di ossigeno rimane nell'atmosfera sotto forma di vapore acqueo. Più lontano, quando si raffredda, quell'acqua si condensa per diventare ghiaccio ed è bloccata nel nucleo di un pianeta, lasciando un'atmosfera più pesantemente composta da molecole a base di carbonio e azoto. Pertanto, i pianeti in orbita vicino al sole dovrebbero avere atmosfere ricche di ossigeno, piuttosto che di carbonio.

HD 209458b è stato il primo esopianeta ad essere identificato con il metodo dei transiti, osservandolo mentre passava davanti alla sua stella. È stato oggetto di molti studi, ma questa è la prima volta che sei singole molecole sono state misurate nella sua atmosfera per creare una dettagliata "impronta chimica".

Il Dr. Matteo Brogi del team dell'Università di Warwick aggiunge: "Incrementando queste osservazioni, saremo in grado di dire quali classi di pianeti abbiamo là fuori in termini di posizione di formazione ed evoluzione iniziale. È davvero importante che non "non funziona partendo dal presupposto che ci siano solo un paio di specie molecolari importanti per determinare gli spettri di questi pianeti, come è stato spesso fatto prima. Rilevare quante più molecole possibili è utile quando passiamo a testare questa tecnica su pianeti con condizioni suscettibili di ospitare la vita, perché avremo bisogno di un portafoglio completo di specie chimiche che possiamo rilevare".

Paolo Giacobbe, ricercatore presso l'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e autore principale dell'articolo, ha dichiarato: "Se questa scoperta fosse un romanzo inizierebbe con 'In principio c'era solo l'acqua.' perché la stragrande maggioranza dei l'inferenza sulle atmosfere degli esopianeti da osservazioni nel vicino infrarosso era basata sulla presenza (o assenza) di vapore acqueo, che domina questa regione dello spettro.Ci siamo chiesti: è davvero possibile che tutte le altre specie previste dalla teoria non lascino traccia misurabile? Scoprire che è possibile rilevarli, grazie ai nostri sforzi nel miglioramento delle tecniche di analisi, apre nuovi orizzonti da esplorare."


Nuovo esopianeta sub-Nettuno scoperto dagli astronomi

Immagine del file pixel target TESS di TOI-269 nel settore 3. Credito: Cointepas et al., 2021.

Un team di astronomi dell'Università di Grenoble Alpes in Francia e altrove, segnala il rilevamento di un nuovo esopianeta sub-Nettuno in orbita attorno a una stella nana M. Il mondo alieno appena scoperto, designato TOI-269 b, è quasi tre volte più grande della Terra. La scoperta è stata dettagliata in un documento pubblicato il 30 aprile sul repository pre-print di arXiv.

Il Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA sta conducendo un'indagine su circa 200.000 delle stelle più luminose vicino al sole con l'obiettivo di cercare esopianeti in transito. Finora, ha identificato quasi 2.700 esopianeti candidati (TESS Objects of Interest, o TOI), di cui 125 sono stati confermati finora.

TOI-269 (noto anche come TIC 220479565) è una nana M situata a circa 186 anni luce di distanza dalla Terra. Ha un tipo spettrale di M2V, raggio di circa 0,4 raggi solari e massa di circa 0,39 masse solari. Si stima che la temperatura effettiva della stella sia di circa 3.500 K, mentre la sua metallicità è a un livello di circa -0,29.

TOI-269 è stato osservato dal veicolo spaziale TESS tra settembre 2018 e luglio 2019, che ha portato all'identificazione di un segnale di transito nella sua curva di luce. Ora, utilizzando vari telescopi terrestri, tra cui la struttura Exoplanets in Transits and their Atmospheres (ExTrA) presso l'Osservatorio di La Silla in Cile, un gruppo di astronomi guidati da Marion Cointepas ha confermato la natura planetaria di questo segnale.

"Vi presentiamo la conferma di un nuovo sub-Nettuno vicino alla transizione tra super-Terre e sub-Nettuno che transita sulla nana M2 TOI-269", hanno scritto i ricercatori nel documento.

Il mondo alieno appena rilevato ha un raggio di circa 2,77 raggi terrestri, è 8,8 volte più massiccio del nostro pianeta e orbita attorno al suo ospite ogni 3,7 giorni. Le osservazioni mostrano che TOI-269 b è separato di circa 0,0345 AU dalla stella madre e la sua temperatura di equilibrio è molto probabilmente a un livello di 530 K.

Ciò che è interessante è che TOI-269 b ha un'eccentricità orbitale insolitamente elevata, circa 0,425. Questa è una delle più alte eccentricità tra i pianeti extrasolari conosciuti con periodi inferiori a 10 giorni e suggerisce che l'oggetto potrebbe essere arrivato di recente nella sua posizione.

"Supponiamo che TOI-269 b possa aver acquisito la sua elevata eccentricità mentre migrava verso l'interno attraverso le interazioni pianeta-pianeta", hanno scritto gli astronomi nello studio.

Inoltre, la densità di TOI-269 b, calcolata in circa 2,28 g/cm 3 , è significativamente inferiore alla densità tipica dei pianeti rocciosi e indica la presenza di un involucro volatile. Tale bassa densità e le sue altre proprietà lo rendono un obiettivo interessante per la caratterizzazione atmosferica al fine di confrontarlo con altri sub-Nettuno. In particolare, gli autori dell'articolo propongono di sondare l'atmosfera di TOI-269 b con la spettroscopia di trasmissione per far luce sulla sua composizione.


Commenti

Questa è una scoperta interessante. Il mio background è nelle scienze sociali, quindi mi rende felice leggere delle statistiche inferenziali sulla popolazione utilizzate per analizzare gli esopianeti! Stiamo iniziando ad avere un contesto per comprendere il nostro sistema solare, sia per i modi in cui è simile agli altri sia per i modi in cui può essere unico.

Sono curioso di sapere se ci sono idee sul perché il nostro particolare sistema solare abbia sia pianeti terrestri che giganti gassosi. Tra i sistemi planetari conosciuti, quanti sistemi hanno uno, due o tutti e tre i tipi di pianeti?


Ritratti di pianeti extrasolari: una storia di nuovi strumenti

Di: Shannon Hall 10 giugno 2014 1

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Le missioni degli esopianeti stanno spostando i loro obiettivi dal conteggio alla caratterizzazione, con più strumenti che stanno arrivando online per immaginare direttamente questi mondi alieni.

Aggiornare: Gli astronomi hanno annunciato i risultati del primo ciclo di osservazione della luce di SPHERE, durante il quale sono stati presi di mira diversi oggetti. Questi includono immagini della luna di Saturno, Titano, e vari anelli di polvere attorno alle stelle vicine. Per maggiori dettagli vedere il comunicato stampa dell'ESO.
Uno dei primi esopianeti ripreso è stato Fomalhaut b, il minuscolo granello avvolto in un anello di polvere.
NASA/ESA

Gli esopianeti sono senza dubbio un argomento scottante, che fa regolarmente notizia anche sui media popolari. Ma è incredibile quanto poco sappiamo effettivamente di questi mondi alieni, a parte le loro distanze dalle stelle ospiti, i loro raggi e, se siamo fortunati, le loro masse.

Per più di 20 anni, gli astronomi hanno lavorato diligentemente per dedurre la presenza di esopianeti dagli effetti che hanno sulle loro stelle madri. Tra le altre cose, potrebbero cercare l'oscuramento caratteristico di una stella a causa di un esopianeta in transito o l'oscillazione della stella indotta dall'attrazione gravitazionale di un esopianeta.

All'inizio i risultati sono arrivati, ma i numeri sono cresciuti esponenzialmente con l'evoluzione della tecnologia e delle tecniche di ricerca. Ora le missioni stanno spostando i loro obiettivi dal contare alla caratterizzazione e persino all'immagine di questi mondi alieni.

Districare un esopianeta debole, a malapena riflettente, dalla sua stella straordinariamente luminosa in un'immagine diretta si rivela una vera sfida. Anche i giovani pianeti che trattengono il calore della loro formazione brillano solo debolmente nell'infrarosso. Tuttavia, diverse nuove missioni stanno andando online per far uscire dall'ombra questi esopianeti.

"L'imaging diretto è un complemento molto utile [ai metodi precedenti]", afferma Bruce Macintosh (Stanford University). "Quando immagini un pianeta, puoi quasi sempre caratterizzarlo con la spettroscopia, determinando la sua temperatura, ottenendo alcune prove sulla sua composizione, gravità e forse la storia della formazione".

Diamo uno sguardo dettagliato ad alcuni degli entusiasmanti planet imager in arrivo online.

Gemini Planet Imager

Nel novembre 2013, il team di Macintosh ha visto la prima luce con un nuovo strumento, il Gemini Planet Imager (GPI), collegato a uno dei telescopi più potenti del mondo, il Gemini South Telescope in Cile. Questo strumento non solo può risolvere la luce fioca dell'esopianeta, ma può anche analizzare l'atmosfera del pianeta, compresa la sua temperatura e composizione.

GPI può vedere esopianeti 10 milioni di volte più deboli delle loro stelle madri a separazioni di appena 0,2 secondi d'arco. Rileverà esopianeti da 4 a 40 unità astronomiche (au), afferma James Graham (Università della California, Berkeley), capo scienziato del GPI. Ciò estenderà ulteriormente gli inventari degli esopianeti, che saranno completi solo entro il 5 a.u.

Per ottenere quelle statistiche impressionanti, GPI copre la stella madre con un coronografo, che blocca la maggior parte della sua luce abbagliante mentre la prossima generazione ottica adattiva corretto per gli effetti di sfocatura della turbolenza nell'atmosfera terrestre. Più di 4.000 microchip di silicio piegano uno specchio deformabile per rispondere alla turbolenza misurata e fornire un'immagine chiara dell'esopianeta.

L'immagine diretta di Gemini Planet Imager di Beta Pictoris b.
Christian Marois / NRC Canada.

GPI ha già preso di mira il noto sistema Beta Pictoris, in cui l'esopianeta gigante Beta Pictoris b orbita attorno alla sua stella ospite da una distanza del 25% maggiore rispetto all'orbita di Saturno attorno al Sole. Il team di ricerca ha ripreso il pianeta in soli 60 secondi, mentre le osservazioni precedenti richiedevano almeno un'ora.

L'immagine ha fissato l'orbita del pianeta, mostrando che il pianeta ha superato la sua distanza massima dalla sua stella ospite ed è ora diretto verso di essa. In effetti, c'è una possibilità molto piccola (circa il 4%) che Beta Pic b possa effettivamente transitare sulla sua stella ospite nel 2017.

Beta Pic b realizzato per un facile primo obiettivo quest'anno, il team GPI inizierà un'indagine su 600 giovani stelle, cercando e caratterizzando i pianeti giganti in orbita. GPI studierà anche dischi polverosi che formano pianeti e venti provenienti da stelle massicce.

SFERA

La controparte europea di GPI, lo strumento Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) sul Very Large Telescope (VLT) in Cile, è online proprio questo mese e il rilascio di immagini in prima luce è imminente.

La complessa ottica dello strumento SPHERE.
Progetto SFERA / ESO / J.-L. Beuzit

SPHERE completa bene GPI, afferma Macintosh. I loro strumenti principali coprono la stessa gamma di lunghezze d'onda ed entrambi utilizzano la stessa tecnologia ottica adattiva di nuova generazione. Ma SPHERE è leggermente più versatile con strumenti aggiuntivi che estendono le sue capacità. Ad esempio, mentre GPI funziona solo nell'infrarosso, SPHERE ha un'ulteriore polarimetro a luce visibile, che ottiene la polarizzazione - il piano di vibrazione preferito delle onde luminose - da 600 a 900 nanometri, consentendo agli astronomi di comprendere meglio eventuali dischi polverosi che formano pianeti.

SPHERE ha visto la prima luce l'8 maggio in una serie di osservazioni che si è conclusa il 21 maggio.

"Lo strumento sta funzionando eccezionalmente bene e abbiamo già scattato immagini spettacolari", afferma Ralf Siebenmorgen, presidente del team scientifico e operativo dello strumento di SPHERE. Queste immagini sono attualmente nascoste, ma tieni gli occhi aperti: ti faremo sapere quando verranno rilasciate.

Fasci di Planet Imager

Ma la flotta di planet imager non finisce qui.

Immagine del sistema HR 8799.
Progetto 1640

Il progetto 1640, un sistema di imaging presso il telescopio Palomar 5-m Hale che ha iniziato ad addestrare l'occhio sugli esopianeti all'inizio del 2013, sta già rilevando circa 200 stelle, alla ricerca di pianeti e nane brune. Sebbene lo strumento si trovi su un telescopio molto più piccolo e abbia lo svantaggio di essere situato nell'emisfero settentrionale (le stelle più giovani più vicine al Sole tendono ad essere nell'emisfero australe), il Progetto 1640 ha comunque fornito al mondo il primo spettro di tutti e quattro i pianeti conosciuti intorno a HR 8799.

Un quarto progetto ancora da realizzare è lo strumento Subaru Telescope Extreme Adaptive Optics (SCExAO). SCExAO visualizzerà i pianeti a separazioni più piccole, tra 40 e 500 millisecondi d'arco, nella migliore delle ipotesi cinque volte inferiori alle capacità di GPI.

È progettato per essere molto flessibile, quindi il team può "provare la tecnologia più nuova e più fantasiosa", afferma Macintosh, a differenza di GPI, che ha dovuto "congelare" la sua tecnologia cinque anni fa per ottenere l'approvazione come strumento Gemini.

Ad oggi alcune decine di pianeti sono stati ripresi direttamente, ma gli strumenti sono ancora agli inizi e il loro potenziale è brillante.

"In futuro, con tali metodi, potrebbe essere possibile rilevare le firme spettroscopiche della vita", afferma l'esperta di esopianeti Anne-M. Lagrange (Observatoire de Grenoble Laboratoire d'Astrophysique).


Quattro, no, cinque pianeti!

Il team ha trovato il sistema a quattro pianeti durante l'esame di HD 108236 – alias. TESS Object of Interest 1233 (TOI -1233) – una stella di tipo G (nana gialla) situata a 210 anni luce dalla Terra. Dopo aver combinato i dati di transito di TESS con la ricognizione, la spettroscopia Doppler e l'imaging ad alta risoluzione da telescopi terrestri, hanno determinato che un sistema di non meno di quattro pianeti orbitava attorno a questa stella.

Questi includono un grande pianeta roccioso interno (alias una super-Terra) e tre pianeti esterni gassosi leggermente più piccoli di Nettuno (mini-Nettuno). Rispetto al Sistema Solare, tutti e cinque i pianeti orbitano molto vicino al loro Sole – che vanno da 0,046 AU a 0,14 (dal 4,6 al 14% la distanza tra la Terra e il Sole) – e hanno periodi orbitali di poco meno di quattro giorni per diciannove anni e mezzo.

Di conseguenza, Daylan e il suo team stimano di sperimentare temperature superficiali che vanno da 370 a 815 ° C (da 700 a 1.500 ° F). Il giorno dopo, un altro team internazionale ha annunciato la scoperta di un quinto esopianeta utilizzando i dati dell'ESA che caratterizzano Exoplanet Satellite (CHEOPS). Questo pianeta è un'altra Super-Terra che orbita piuttosto vicino alla sua stella madre (0,17 AU) e ha un periodo orbitale di 29 giorni.

Pertanto, è improbabile che qualcuno di loro possa ospitare la vita (come la conosciamo), ma i pianeti rimangono un valido candidato per le osservazioni di follow-up. Poiché tutti e quattro i pianeti di questo sistema hanno brevi periodi orbitali, offrirà agli astronomi molte opportunità di studiarli più da vicino quando passano davanti alla loro stella (ovvero il transito) rispetto agli osservatori.

Concept artistico del Transiting Exoplanet Survey Satellite e dei suoi 4 telescopi. Credito: NASA/MIT


La navicella spaziale TESS della NASA sta trovando centinaia di esopianeti ed è pronta a trovarne altre migliaia

A soli 50 anni luce dalla Terra, ci sono circa 1.560 stelle, probabilmente orbitate da diverse migliaia di pianeti. Circa un migliaio di questi pianeti extrasolari, noti come esopianeti, potrebbero essere rocciosi e avere una composizione simile a quella terrestre. Alcuni possono persino ospitare la vita. Oltre il 99% di questi mondi alieni rimane sconosciuto, ma questo sta per cambiare.

Con il nuovo telescopio spaziale cacciatore di esopianeti TESS della NASA, è iniziata la ricerca in tutto il cielo di pianeti possibilmente abitabili vicini al nostro sistema solare. TESS, in orbita attorno alla Terra ogni 13,7 giorni, e i telescopi terrestri sono pronti a trovare centinaia di pianeti nei prossimi anni. Ciò potrebbe trasformare la comprensione da parte degli astronomi dei mondi alieni che ci circondano e fornire obiettivi da scansionare con telescopi di prossima generazione alla ricerca di tracce di vita. In poco più di un anno, TESS ha identificato più di 1.200 candidati planetari, 29 dei quali gli astronomi hanno già confermato come pianeti. Data la capacità unica di TESS di cercare simultaneamente decine di migliaia di stelle per i pianeti, si prevede che la missione produrrà oltre 10.000 nuovi mondi.

Questi sono tempi entusiasmanti per gli astronomi e, soprattutto, per quelli di noi che esplorano gli esopianeti. Siamo membri del progetto di caccia al pianeta EDEN, che supporta anche il lavoro di TESS. Usiamo i telescopi a terra e nello spazio per trovare esopianeti e comprenderne le proprietà e il potenziale per ospitare la vita.

Mondi sconosciuti intorno a noi

I mondi intorno a noi attendono di essere scoperti. Prendete, ad esempio, Proxima Centauri, una debole stella rossa senza pretese, invisibile senza telescopio. È una delle oltre cento miliardi o giù di lì di tali stelle nella nostra galassia, insignificante tranne che per il suo status di nostro vicino di casa. Orbiting Proxima è un mondo affascinante ma misterioso, chiamato Proxima b, scoperto solo nel 2016.

Gli scienziati sanno sorprendentemente poco di Proxima b. Gli astronomi chiamano il primo pianeta scoperto in un sistema "b". Questo pianeta non è mai stato visto con occhi umani o con un telescopio. Ma sappiamo che esiste a causa della sua attrazione gravitazionale sulla sua stella ospite, che fa oscillare leggermente la stella. Questa leggera oscillazione è stata trovata nelle misurazioni raccolte da un grande gruppo internazionale di astronomi da dati presi con più telescopi terrestri. Proxima b molto probabilmente ha una composizione rocciosa simile a quella terrestre, ma di massa maggiore. Riceve circa la stessa quantità di calore che la Terra riceve dal sole.

Ed è questo che rende questo pianeta così eccitante: si trova nella zona "abitabile" e potrebbe avere proprietà simili a quelle della Terra, come una superficie, acqua liquida e, chissà?, forse anche un'atmosfera che porta i segni chimici rivelatori di vita.

La missione TESS della NASA è stata lanciata nell'aprile 2018 per dare la caccia ad altri pianeti delle dimensioni della Terra, ma con un metodo diverso. TESS è alla ricerca di rari eventi di oscuramento che si verificano quando i pianeti passano davanti alle stelle che li ospitano, bloccando parte della luce delle stelle. Questi eventi di transito indicano non solo la presenza dei pianeti, ma anche le loro dimensioni e orbite.

Trovare un nuovo esopianeta in transito è un grosso problema per gli astronomi come noi perché, a differenza di quelli trovati attraverso le oscillazioni stellari, i mondi visti in transito possono essere studiati ulteriormente per determinarne la densità e la composizione atmosferica.

Misurando la profondità del calo di luminosità e conoscendo le dimensioni della stella, gli scienziati possono determinare la dimensione o il raggio del pianeta. NASA Ames

Soli Nani Rossi

Per noi, gli esopianeti più emozionanti sono quelli più piccoli, che TESS può rilevare quando orbitano attorno a piccole stelle chiamate nane rosse (stelle con massa inferiore alla metà della massa del nostro sole).

Ciascuno di questi sistemi è unico. Ad esempio, LP 791-18 è una stella nana rossa a 86 anni luce dalla Terra attorno alla quale TESS ha trovato due mondi. Il primo è una "super-Terra", un pianeta più grande della Terra ma probabilmente ancora per lo più roccioso, e il secondo è un "mini-Nettuno", un pianeta più piccolo di Nettuno ma ricco di gas e ghiaccio. Nessuno di questi pianeti ha controparti nel nostro sistema solare.

Tra i nuovi pianeti delle dimensioni della Terra preferiti dagli astronomi c'è LHS 3884b, una "Terra calda" rovente che orbita intorno al suo sole così velocemente che su di essa potresti festeggiare il tuo compleanno ogni 11 ore.

Non ci sono ancora mondi simili alla Terra

Ma quanto sono simili alla Terra i pianeti delle dimensioni della Terra? La promessa di trovare mondi vicini per studi dettagliati sta già dando i suoi frutti. Un team di astronomi ha osservato la calda super-Terra LHS 3884b con il telescopio spaziale Hubble e ha scoperto che il pianeta è un orribile luogo di vacanza, senza nemmeno un'atmosfera. È solo una roccia nuda con temperature che vanno da oltre 700 C (1300 Fahrenheit) a mezzogiorno allo zero assoluto (-460 Fahrenheit) a mezzanotte.

La missione TESS è stata inizialmente finanziata per due anni. Ma il veicolo spaziale è in ottima forma e la NASA ha recentemente esteso la missione fino al 2022, raddoppiando il tempo che TESS avrà a disposizione per scansionare stelle luminose vicine per i transiti.

Tuttavia, trovare esopianeti intorno alle stelle più fredde, quelle con temperature inferiori a circa 2700 C (4900 F), sarà ancora una sfida a causa della loro estrema debolezza. Poiché le nane ultrafredde offrono la nostra migliore opportunità per trovare e studiare esopianeti con dimensioni e temperature simili a quelle della Terra, altre ricerche mirate sui pianeti stanno riprendendo da dove TESS finisce.

Illustrazione di TESS, il satellite di indagine sugli esopianeti in transito della NASA. Goddard Space Flight Center della NASA

I mondi che TESS non riesce a trovare

Nel maggio 2016, un gruppo guidato dal Belgio ha annunciato la scoperta di un sistema planetario attorno alla nana ultrafredda che hanno battezzato TRAPPIST-1. La scoperta dei sette esopianeti in transito delle dimensioni della Terra nel sistema TRAPPIST-1 è stata rivoluzionaria.

Ha anche dimostrato come i piccoli telescopi, rispetto ai potenti colossi della nostra epoca, possano ancora fare scoperte trasformative. Con pazienza e perseveranza, il telescopio TRAPPIST ha scansionato deboli stelle nane rosse vicine dal suo posatoio di alta montagna nel deserto di Atacama per piccoli, rivelatori cali di luminosità. Alla fine, ha individuato i transiti nei dati per la nana rossa TRAPPIST-1, che, sebbene a soli 41 anni luce di distanza, è troppo debole per le quattro lenti da 10 cm (4 pollici) di diametro di TESS. I suoi mondi delle dimensioni della Terra sarebbero rimasti sconosciuti se il telescopio più grande del team TRAPPIST non li avesse trovati.

Due progetti hanno alzato il tiro nella ricerca di candidati exo-Terra intorno alle nane rosse vicine. Il team SPECULOOS ha installato quattro telescopi robotici, sempre nel deserto di Atacama, e uno nell'emisfero settentrionale. Il nostro Exoearth Discovery and Exploration Network, Project EDEN, utilizza nove telescopi in Arizona, Italia, Spagna e Taiwan per osservare continuamente le stelle nane rosse.

I telescopi SPECULOOS e EDEN sono molto più grandi delle piccole lenti di TESS e possono trovare pianeti intorno alle stelle troppo deboli per essere studiati da TESS, inclusi alcuni dei pianeti in transito delle dimensioni della Terra più vicini a noi.

Il concept di questo artista mostra come potrebbe apparire il sistema planetario TRAPPIST-1, sulla base dei dati disponibili sui diametri, le masse e le distanze dei pianeti dalla stella ospite, a partire da febbraio 2018. NASA/JPL-Caltech

Il decennio dei nuovi mondi

Il prossimo decennio sarà probabilmente ricordato come il momento in cui abbiamo aperto gli occhi sull'incredibile diversità di altri mondi. È probabile che TESS trovi tra 10.000 e 15.000 candidati esopianeti entro il 2025. Entro il 2030, le missioni GAIA e PLATO dell'Agenzia spaziale europea dovrebbero trovare altri 20.000-35.000 pianeti. GAIA cercherà le oscillazioni stellari introdotte dai pianeti, mentre PLATO cercherà i transiti planetari come fa TESS.

Tuttavia, anche tra le migliaia di pianeti che verranno presto scoperti, gli esopianeti più vicini al nostro sistema solare rimarranno speciali. Molti di questi mondi possono essere studiati nei minimi dettagli, compresa la ricerca di segni di vita. Le scoperte dei mondi più vicini rappresentano anche importanti passi avanti nel progresso dell'umanità nell'esplorazione dell'universo in cui viviamo. Dopo aver mappato il nostro pianeta e poi il sistema solare, ora ci rivolgiamo ai sistemi planetari vicini. Forse un giorno Proxima b o un altro astronomi del mondo vicino che devono ancora trovare sarà l'obiettivo di sonde interstellari, come il Progetto Starshot, o anche di astronavi con equipaggio. Ma prima dobbiamo mettere questi mondi sulla mappa.

Questo articolo è ripubblicato da La conversazione sotto una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.


"Non significa che il sole 'mangerà' la Terra in qualunque momento presto", ha detto Jacob Bean, assistente professore di astronomia e astrofisica presso l'UChicago e coautore di un Astronomia e astrofisica articolo sulla ricerca. "Ma la nostra scoperta fornisce un'indicazione che le storie violente possono essere comuni per i sistemi planetari, incluso il nostro".

A differenza della Morte Nera artificiale che distrugge il pianeta nel film "Star Wars", questa versione naturale potrebbe fornire indizi su come i sistemi planetari si evolvono nel tempo.

Gli astronomi hanno scoperto il primo pianeta in orbita attorno a una stella diversa dal sole nel 1995. Da allora sono stati identificati più di duemila esopianeti. Rari tra questi sono i pianeti che orbitano attorno a una stella simile al sole terrestre. A causa della loro estrema somiglianza con il sole, questi cosiddetti gemelli solari sono bersagli ideali per studiare le connessioni tra le stelle ei loro pianeti.

GUARDA ANCHE: Bagliore spettrale di una stella morta

Bean e i suoi colleghi hanno studiato la stella HIP68468, che dista 300 anni luce, come parte di un progetto pluriennale per scoprire pianeti che orbitano attorno a gemelli solari. È difficile trarre conclusioni da un singolo sistema, ha avvertito Megan Bedell, una studentessa di dottorato dell'UChicago che è co-autrice della ricerca e leader nella ricerca di pianeti per la collaborazione. Ha detto che il team prevede di "studiare più stelle come questa per vedere se questo è un risultato comune del processo di formazione del pianeta".

Le simulazioni al computer mostrano che tra miliardi di anni, le sollecitazioni gravitazionali accumulate tra i pianeti alla fine faranno cadere Mercurio nel sole, ha affermato Debra Fischer, professore di astronomia all'Università di Yale che non è stato coinvolto nella ricerca. "Questo studio di HIP68468 è un post-mortem di questo processo che avviene intorno a un'altra stella simile al nostro sole. La scoperta approfondisce la nostra comprensione dell'evoluzione dei sistemi planetari".

Scoperti due pianeti

Utilizzando il telescopio da 3,6 metri dell'Osservatorio di La Silla in Cile, il team di ricerca di scienziati di diversi continenti ha scoperto il suo primo esopianeta nel 2015. La scoperta più recente deve essere confermata, ma include due pianeti candidati: un super Nettuno e un super Terra. Le loro orbite sono sorprendentemente vicine alla loro stella ospite, con un 50% più massiccia di Nettuno e situata a una distanza simile a Venere dalla sua stella. L'altra, la prima super Terra attorno a un gemello solare, è tre volte la massa della Terra e così vicina alla sua stella che la sua orbita dura solo tre giorni.

"Molto probabilmente questi due pianeti non si sono formati dove li vediamo oggi", ha detto Bedell. Invece, probabilmente migrarono verso l'interno dalle parti esterne del sistema planetario. Altri pianeti potrebbero essere stati espulsi dal sistema o ingeriti dalla loro stella ospite.

La composizione di HIP68468 indica una storia di ingestione di pianeti. Contiene quattro volte più litio di quanto ci si aspetterebbe per una stella di 6 miliardi di anni, oltre a un'eccedenza di elementi refrattari, metalli resistenti al calore e abbondanti nei pianeti rocciosi.

Nel caldo interno di stelle come HIP68468 e il sole, il litio si consuma nel tempo. I pianeti, d'altra parte, conservano il litio perché le loro temperature interne non sono abbastanza alte da distruggere l'elemento. Di conseguenza, quando una stella inghiotte un pianeta, risalta il litio che il pianeta deposita nell'atmosfera stellare.

Presi insieme, il litio e il materiale del pianeta roccioso inghiottito nell'atmosfera di HIP68468 è equivalente alla massa di sei Terre.

"It can be very hard to know the history of a particular star, but once in a while we get lucky and find stars with chemical compositions that likely came from in-falling planets," Fischer said. "That's the case with HD68468. The chemical remains of one or more planets are smeared in its atmosphere.

"It's as if we saw a cat sitting next to a bird cage," she added. "If there are yellow feathers sticking out of the cat's mouth, it's a good bet that the cat swallowed a canary."

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The team continues to monitor more than 60 solar twins, looking for more exoplanets. Beyond that, the Giant Magellan Telescope under construction in Chile, for which UChicago is a founding partner, will be capable of detecting more Earth-like exoplanets around solar twins.

"In addition to finding Earth-like planets, the Giant Magellan Telescope will enable astronomers to study the atmospheric composition of stars at even greater detail than we can today," Bean said. "That will further reveal the histories of planetary systems that are subtly imprinted on their host stars."

This article has been republished from materials provided by University of Chicago. Note: material may have been edited for length and content. For further information, please contact the cited source.

Research paper:

Megan Bedell et al. The Solar Twin Planet Search. V. Close-in, low-mass planet candidates and evidence of planet accretion in the solar twin HIP68468. Astronomia e astrofisica, 2016 DOI: arXiv:1610.09067


New Technique Could Probe Rocky Alien Planet Surfaces

Numerous rocky, Earth-like worlds have been discovered by transit surveys such as NASA's Kepler mission.

For those familiar with the transit of Venus last year, exoplanet transits are the same idea — an exoplanet crosses the face of its parent star as perceived by observers on or near Earth. By comparing the amount of starlight the transiting planet blocks and the total starlight emitted by the host star, astronomers can determine the radius of a transiting planet.

Recent surveys have hinted at the existence of exoplanets with rocky surfaces, making them similar to our own "terrestrial" planets Mercury, Venus, Earth and Mars. However, a number of the exoplanets thought to have rocky surfaces appear to not have any significant atmospheres. [The Strangest Alien Planets]

One such exoplanet is Corot-7b, which orbits very close to its parent star. Exoplanet 55 Cancri e, estimated to have roughly twice Earth&rsquos radius and eight times Earth&rsquos mass, also may be a rocky planet, and perhaps even made of diamond.

The first rocky exoplanet discovered by the Kepler mission was Kepler-10b, with roughly 4 1/2 times Earth&rsquos mass. The Kepler mission has since discovered numerous "super-Earth" type exoplanets, which have masses greater than Earth but less than planets such as Neptune. Due in part to their high mass, super-Earths could be rocky or have very thick gaseous atmospheres like Neptune.

In order to better understand the composition of terrestrial exoplanets, researchers from MIT and Caltech have proposed a method to identify unique chemical signatures from various surface materials by studying exoplanets in the infrared portion of the electromagnetic spectrum. A better understanding of exoplanet surface compositions will help researchers determine how prevalent Earth-like planets are in our galaxy, they say.

"Looking for Earth-like planets is one of key endeavors shared by many astronomers and a broader scientific community," says lead author Renyu Hu of MIT.

Airless rocky planets

While the end goal would help researchers with the search for Earth-like exoplanets, the researchers' methods are currently aimed at "airless" rocky worlds. Because there are similar objects in our solar system — notably our moon, Mars and Mercury — the team may be able to compare detected minerals in the solar system against signatures from rocky exoplanets.

The team proposes to analyze exoplanets in the infrared portion of the electromagnetic spectrum in order to determine the surface composition of exoplanets. Ideal exoplanets to study using the team&rsquos method are those that transit their host star. With current technology however, the team cautions that determining surface composition of exoplanets is a very different process than studying their solar system counterparts. Due to the limits of technology, the team proposes to concentrate on the most prominent mineral signatures detected from exoplanets.

Mark Swain of NASA&rsquos Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Calif., who is not on the research team, said, "We&rsquore most likely to discover signs of life through atmospheric discoveries."

By focusing their method on "airless" rocky exoplanets with surface temperatures under 3,140 degrees Fahrenheit (1,727 degrees Celsius), the team can analyze the unique chemical signatures of different materials.

Several exoplanets detected by the Kepler mission (Kepler-22b, Kepler-20f and Kepler-11b) may in fact have silicate (rocky) surfaces, making them ideal candidates for the team&rsquos method. The team states that a large number of exoplanets detected by Kepler are the right distance from their host star to have rocky surfaces. [A World of Kepler Planets (Gallery)]

"We propose to determine whether an exoplanet has rocky surfaces by astronomical observations, via the unique thermal emission feature of silicate rocks," Hu said. "By spectroscopy one may literally &lsquosee&rsquo the rocks, or more precisely planetary regoliths."

Different surface minerals provide unique signatures in different wavelengths. For example, in the visible and near-infrared, minerals such as pyroxene, olivine and hematite provide strong chemical signatures. Minerals such as hematite have prominent signals in the visible and ultraviolet wavelengths. Additionally, materials formed with water offer signals in the near-infrared.

"Several types of surfaces that can be distinguished by observing the reflection are ultramafic surfaces (indicating active volcanism on the planet), clay surfaces (indicating past or extant liquid water), and water ice," Hu said. "Understanding the surface composition of a rocky exoplanet is one of the key steps to access the habitability and the availability of natural resources on the planet."

Reading the rocks

Using infrared analysis techniques, the surface compositions of rocky objects in the solar system have been studied in detail.

On our moon, the basaltic nature of dark lunar regions, commonly referred to as "mare," indicate they were formed by volcanic eruptions. Conversely, lunar highlands are bright, and their composition indicates the formation from a magma ocean.

Mars features strong iron signatures, which, combined with its red color, helped determine that a major component of the Martian surface is a mineral known as hematite. Additional surface signatures on Mars also indicate the presence of minerals such as pyroxene and olivine.

Observations of Mercury indicate similarities to the lunar highlands. However, recent observations by NASA's Messenger spacecraft orbiting Mercury have challenged that view due to more precise surface composition readings.

The team asserts that rocky surfaces on exoplanets exhibit unique chemical signatures, along with volcanic surfaces, and surface water ice. If an exoplanet has a thin atmosphere, it may introduce additional signatures, especially if said atmosphere contains water vapor, carbon dioxide, methane, or ammonia. The team also stresses that without prior knowledge of a planet&rsquos atmosphere, it can be difficult to determine exact surface compositions.

"Once you add an atmosphere, disentangling the signals becomes more work," Swain said. "Sorting out what&rsquos present is non-trivial, and detecting these mineralogy features in the presence of molecular features from the planet&rsquos atmosphere will be a challenge. More papers in the future will most likely explore how to separate atmospheric and surface signals."

"The key to resolve this is broad wavelength coverage and sensitive measurements," he added. "The team really did a good job of focusing on this."

In contrast to an atmosphere&rsquos effect on determining surface composition, space weathering may alter the surface chemistry on an airless planet. Constant bombardment of a surface by cosmic rays, the solar wind, and micrometeorites can darken and redden the surface.

While current space-based observatories do not possess the necessary instruments to identify exoplanet surfaces, space telescopes such as the upcoming James Webb Space Telescope are thought to have the capability to detect rocky surfaces on planets orbiting sun-like stars.

Eventually, direct imaging of exoplanets may be necessary to determine the exact surface composition. Determining the surface composition of an exoplanet will provide a better understanding of its geological history and its odds for hosting life, scientists say.

"In the more distant future, the detailed composition of rocky surfaces on an exoplanet can be investigated by observing the stellar light reflected by the planetary surfaces," Hu said. "To do this, the rocky exoplanet needs to be directly imaged, which requires space-based telescopes with great power."

This story was provided by Astrobiology Magazine, a web-based publication sponsored by the NASA astrobiology program.


Significant atmospheres

The outer two planets, which are expected to have significant atmospheres, are prime candidates for studies of their composition. The authors estimate that the James Webb Space Telescope will eventually have a view of the system for over half the year, and it should be able to pick out the atmospheric signals for both planets.

What are we likely to find? All three planets are extremely hot, with only the outermost planet potentially being able to support some liquid water. However, it's also at the edge of boiling off any water into the atmosphere the authors suggest temperate conditions are more likely on any moons it has. The interactions among the three planets also mean that each is likely to be tidally locked to the host star, which can result in a frigid far side of the planet and a baking star-facing side.

But even if habitability isn't an issue here, the system is definitely worth a careful look. When we have the sort of telescope hardware that will let us detect atmospheres, we'll want to test it out on something where it's likely to work and where we can troubleshoot the inevitable problems that will occur with the analysis. There will also be a learning process with the giant telescopes and James Webb that will be necessary for this work. That makes TOI-270 an important discovery, since it provides the perfect test conditions for exoplanet characterization.


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