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La ricerca di esopianeti con la relatività speciale

La ricerca di nuovi mondi rappresenta una sfida significativa perché stiamo parlando di oggetti molto piccoli, deboli, e vicini alle loro stelle. Le due tecniche più promettenti utilizzano il metodo della velocità radiale, che si basa sull’oscillazione delle stelle,  ed il metodo del transito, quando i pianeti passano davanti alla stella ospite determinando una diminuzione della luminosità. Un gruppo di ricercatori dell’Università di Tel Aviv e dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) hanno scoperto di recente un pianeta extrasolare grazie ad un nuovo metodo che si basa sulla teoria della relatività speciale di Einstein. “Siamo alla ricerca di effetti molto piccoli. Avevamo bisogno di misure estremamente precise della luminosità stellare al livello di poche parti per milione“, spiega David Latham del CfA. “Ciò è stato possibile grazie alla qualità dei dati di Kepler“, aggiunge l’autore Simchon Faigler dell’Università di Tel Aviv. Sebbene Kepler sia stato progettato per trovare pianeti con il metodo del transito, Kepler-76b è stato scoperto utilizzando una tecnica proposta per la prima volta nel 2003 da Avi Loeb del CfA e dal suo collega Scott Gaudi dell’Ohio State University. Il nuovo metodo si basa su tre effetti molto deboli da misurare che si verificano contemporaneamente quando un pianeta orbita attorno alla stella. L’effetto di beaming” relativistico causa un aumento di luminosità quando la stella si muove verso l’osservatore, soggetta alla gravità del pianeta, e viceversa quando si allontana. “Si tratta della prima volta che questo aspetto della teoria della relatività di Einstein viene utilizzato per rivelare un pianeta“, spiega Tsevi Mazeh dell’Università di Tel Aviv. Inoltre, i ricercatori hanno analizzato la forma allungata che la stella assume a causa delle forze di marea dovute al pianeta in questione. In altre parole, la stella appare più luminosa quando la osserviamo di lato, a causa della maggiore superficie visibile, e più debole quando il pianeta la attraversa. Il terzo effetto è dovuto alla luce stellare riflessa dal pianeta stesso.

Una volta identificato, il pianeta è stato poi confermato da Latham mediante una serie di misure della velocità radiale grazie allo spettrografo TRES presso il Whipple Observatory in Arizona, e da Lev Tal-Or utilizzando lo spettrografo SOPHIE presso l’Osservatorio Haute-Provence in Francia. Kepler ha anche mostrato che il pianeta transita davanti alla sua stella, il che fornisce una ulteriore conferma della sua scoperta. Il cosiddetto “pianeta di Einstein” è un Giove caldo che orbita intorno alla sua stella ogni 1,5 giorni. La sua dimensione è circa il 25% più grande rispetto a Giove e pesa il doppio. Esso orbita intorno a una stella di classe spettrale F che si trova a circa 2.000 anni luce dalla Terra, nella costellazione del Cigno. Inoltre, il pianeta ha un moto di rivoluzione sincrono, cioè mostra sempre lo stesso lato alla stella, proprio come nel caso della Luna con la Terra, e la sua temperatura superficiale raggiunge circa 2.000 gradi Celsius. È interessante notare che gli astronomi hanno trovato una forte evidenza relativa alla presenza di getti di calore che si diffonde tutt’intorno sulla superficie. Di conseguenza, il punto più caldo di Kepler-76b non corrisponde al punto substellare, ma si trova a circa 15 mila chilometri. Questo effetto è stato osservato solo una volta, nel caso di HD 189733b, e solo in luce infrarossa con il telescopio spaziale Spitzer. Nonostante questo metodo non sia adeguato per la ricerca di nuove terre, esso comunque offre agli astronomi un’occasione unica perchè da un lato non richiede spettri di alta precisione e dall’altro non richiede un allineamento perfetto del pianeta con la stella ospite.

CfA: New Method of Finding Planets Scores its First Discovery
TAU: TAU team takes part in discovering new planet
arXiv: BEER analysis of Kepler and CoRoT light curves: I. Discovery of Kepler-76b: A hot Jupiter with evidence for superrotation

HD 40307g, un nuovo pianeta potenzialmente abitabile

Situato a poco più di 41 anni-luce nella costellazione del Pittore, il sistema stellare HD 40307 è composto da una stella nana di color arancione, già identificata in precedenza, e da ben tre super-Terre. Oggi, però, un gruppo di ricercatori che stanno analizzando i dati dello strumento HARPS dell’ESO suggeriscono che esistono invece almeno sei super-Terre e una di esse sembra risiedere nella cosiddetta zona abitabile.

Lo strumento HARPS, che sta per High Accuracy Radial velocity Planet Searcher, è installato presso il telescopio di 3,6 metri dell’ESO a La Silla. Esso ha lo scopo di rivelare l’esistenza di pianeti extrasolari attraverso il metodo dell’oscillazione della stella ospite, noto anche come spettroscopia Doppler, causata dall’interazione gravitazionale dovuta ai propri pianeti. Grazie ad una serie di analisi dei dati pubblici di HARPS, un gruppo di ricercatori guidati da Mikko Tuomi del Centre for Astrophysics Research presso l’University of Hertfordshire avrebbero identificato tre nuovi esopianeti, sempre appartenenti al sistema stellare HD 40307. I candidati, che sono stati denominati con le lettere “e”, “f” e “g”, hanno tutte le caratteristiche per essere classificati come super-Terre e l’ultimo, cioè HD 40307g, sta suscitando tutta una serie di emozioni perché pare che si trovi nella cosiddetta zona abitabile, quella regione dello spazio interplanetario dove l’acqua può esistere allo stato liquido. Inoltre, la sua distanza dalla stella, circa 0,6 unità astronomiche, è tale che il pianeta non rivolge costantemente un solo lato della sua superficie alla stella e ciò non causa bruschi cambiamenti climatici o la presenza di venti superficiali che potrebbero risultare altrimenti se il pianeta si trovasse in una regione dello spazio più vicina alla stella. A questa distanza, il pianeta, che ha una massa pari a circa 7 volte la massa terrestre, riceve il 62% della radiazione equivalente che arriva sulla Terra dal Sole. Dunque, se sarà confermato, HD 40307g potrebbe far parte della “short list” dei pianeti potenzialmente abitabili (vedasi questo post).

[Press release: First Potential Habitable Exoplanet in a Six-Planet Star System]

arXiv: Habitable-zone super-Earth candidate in a six-planet system around the K2.5V star HD 40307