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Molti più pianeti ‘oceano’ attorno alle nane gialle

Una serie di simulazioni realizzate da ricercatori del Tokyo Institute of Technology e della Tsinghua University suggeriscono che la probabilità di trovare pianeti di tipo terrestre, in termini di contenuto d’acqua, è più alta in quei sistemi contenenti stelle simili al Sole.

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Dalle nane rosse gli indizi sulla formazione dei pianeti

A color-composite image from the Sloan Digital Sky Survey showing a large number of red dwarfs (all the red point sources). Credit: Sloan Digital Sky Survey

La maggior parte delle stelle presenti nella Via Lattea sono note come nane rosse, corpi celesti freddi, di piccole dimensioni, che possono essere osservati solo con i telescopi. Esse rappresentano una maggioranza “silenziosa”, una popolazione stellare storicamente considerata non rappresentativa e perciò poco studiata. Nonostante siano distribuite ovunque, le nane rosse sono molto deboli e ciò li rende difficili da osservare. Oggi, però, l’astrofisico Andrew West della Boston University è convinto che lo studio delle nane rosse potrà fornirci preziosi indizi non solo su come hanno origine tutte le stelle ma potrà darci delle indicazioni sulla formazione stessa dei pianeti. Infatti, dato che queste stelle sono molto comuni nell’Universo, è molto probabile che attorno ad esse orbitano pianeti un fatto che sta aprendo una nuova strada verso la ricerca di mondi alieni potenzialmente abitabili.

NSF: Red dwarf stars tell us how planets form

 

Una ‘danza stellare’ a ritmo elevato

bh_star_shortestIl telescopio spaziale XMM-Newton ha permesso recentemente di identificare una coppia stellare, cioè una stella e un buco nero che orbitano l’una attorno all’altro ogni 2,4 ore, un record che si abbassa di quasi un’ora.

Il buco nero, noto con la sigla MAXI J1659-152, è almeno tre volte più grosso del Sole in termini di massa mentre la sua compagna, una nana rossa, ha una massa di appena il 20% equivalente a quella solare. La distanza che li separa è di circa un milione di chilometri. La scoperta di questo sistema stellare ‘stretto’ risale al 25 Settembre del 2010 quando il satellite Swift identificò dei segnali che inizialmente sembrava fossero associati ad un gamma-ray burst. Qualche giorno dopo, il telescopio giapponese MAXI situato presso la Stazione Spaziale Internazionale trovò nella stessa posizione una sorgente brillante di raggi-X. Successive osservazioni sia da terra che dallo spazio hanno poi permesso di capire il fatto che i raggi-X provenissero da un buco nero che sta attirando la materia dalla stella compagna. Questo processo dà luogo alla formazione di un disco di accrescimento attorno al buco nero da cui è stato ricavato un periodo orbitale del sistema pari ad appena 2,4 ore. Il record precedente era stato mantenuto da un’altra sorgente di alta energia identificata da Swift e denominata con la sigla Swift J1753.5–0127 il cui periodo orbitale è di 3,2 ore. Il buco nero e la stella orbitano attorno al comune centro di massa e dato che la stella è molto più leggera essa tende ad allontanarsi da questo punto e a percorrere l’orbita alla fantastica velocità di 2 milioni di chilometri all’ora, quasi 20 volte più veloce della velocità orbitale della Terra e la più alta finora misurata in un sistema binario che emette raggi-X, mentre la velocità orbitale del buco nero è di circa 150 mila chilometri all’ora. Il sistema binario si trova al di sopra del piano galattico e si ritiene che faccia parte, assieme ad altri due casi, di una nuova classe di sistemi binari, cioè oggetti che sarebbero stati espulsi dal piano della nostra galassia forse durante la formazione dello stesso buco nero.

ESA: Black hole- star pair orbiting at dizzying speed

arXiv: MAXI J1659-152: The shortest orbital period black-hole transient in outburst

Una ‘caccia stellare’ a 100 miliardi di pianeti terrestri

Alcuni ricercatori dell’Università di Auckland hanno proposto un nuovo metodo per cercare pianeti di tipo terrestre e hanno ipotizzato che ne potranno rivelare almeno 100 miliardi! La strategia di ricerca utilizza una tecnica denominata microlente gravitazionale che permette di determinare la deflessione dei raggi luminosi che provengono da una stella distante quando passano vicino ad un sistema planetario, un effetto previsto dalla relatività di Einstein nel 1936. Questo tipo di ricerca è attualmente condotta da una collaborazione internazionale Giappone-Nuova Zelanda con il programma scientifico Microlensing Observations in Astrophysics (MOA) presso l’Osservatorio di Mount John. Questo progetto utilizzerà anche i dati di Kepler.

Kepler è in grado di scovare pianeti che hanno le dimensioni della Terra e che sono molto vicini alla stella. Il dato interessante è che la stima del numero di pianeti potenzialmente rivelabili si aggira attorno a 17 miliardi nella Via Lattea. Tuttavia, questi pianeti sono generalmente più caldi del nostro pianeta anche se alcuni possono avere delle temperature simili alla Terra e perciò quei pianeti che orbitano attorno alle nane rosse potrebbero avere le condizioni giuste per ospitare forme di vita aliena. L’idea dei ricercatori è quella di stimare il numero di pianeti terrestri e che orbitano ad una distanza pari a circa due volte la distanza Terra-Sole. Incrociando i dati di Kepler e quelli del programma MOA, si dovrebbe ottenere una stima attendibile del numero dei pianeti potenzialmente abitabili che esistono nella nostra galassia: gli scienziati stimano 100 miliardi di pianeti simili alla Terra. Questo numero potrebbe addirittura aumentare se si riuscirà a mettere insieme una rete di telescopi automatici di dimensioni modeste sparse sul globo in modo da monitorare la deflessione dei raggi luminosi e incrementare il tasso di successo nel rivelare i pianeti extrasolari. Una rete di questo tipo è già in essere (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network), grazie ad una collaborazione internazionale che vede impegnati la Scottish Universities Physics Alliance, e potrà essere ampliata in futuro grazie alla collaborazione di altri osservatori.

RAS: Astronomers anticipate 100 billion Earth-like planets
arXiv: Extending the Planetary Mass Function to Earth Mass by Microlensing at Moderately High Magnification

Dalle stelle ‘morenti’ probabili indizi sulla vita extraterrestre

È quanto emerge da uno studio recente in base al quale anche le stelle che si trovano nella fase finale della loro evoluzione potrebbero ancora ospitare dei pianeti sui quali la vita, se esiste, dovrebbe essere rivelata con le future osservazioni spaziali entro i prossimi dieci anni. Queste considerazioni incoraggianti derivano da una serie di studi sui pianeti di tipo terrestre che orbitano attorno alle nane bianche. I ricercatori hanno concluso che si potrebbe rivelare l’ossigeno presente nelle atmosfere planetarie molto più facilmente rispetto al caso dei pianeti che orbitano, invece, attorno alle stelle di tipo solare.

“Nella ricerca di segnali biologici di tipo extraterrestre, le prime stelle che dovremmo studiare sono le nane bianche”, spiega Avi Loeb del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) e direttore dell’Institute for Theory and Computation. Quando una stella come il Sole termina il suo ciclo vitale, spazza nel mezzo interstellare i suoi strati più esterni lasciandosi dietro un nucleo denso, caldo e collassato che viene chiamato nana bianca. Queste stelle morenti hanno le dimensioni della Terra. La stella si raffredda lentamente e si indebolisce nel corso tempo anche se può trattenere ancora a lungo del calore residuo per riscaldare, per così dire, un pianeta vicino anche per miliardi di anni. Dato che una nana bianca è molto più piccola e più debole del Sole, un pianeta dovrebbe trovarsi molto vicino alla stella affinchè l’acqua si trovi sulla superficie allo stato liquido e perciò il pianeta sia abitabile. Inoltre, questo pianeta dovrebbe orbitare attorno alla stella una volta ogni 10 ore e trovarsi ad una distanza di circa 1,5 milioni di chilometri. Prima che la stella diventi una nana bianca, essa passa attraverso la fase di gigante rossa inglobando e distruggendo qualsiasi pianeta che si trovi vicino al suo raggio d’azione. Di conseguenza, un pianeta potrebbe arrivare nella zona abitabile (post) dopo che la stella sia evoluta nella fase di nana bianca. Questo pianeta potrebbe comunque formarsi nuovamente dall’accrescimento di polveri e gas, cioè sarebbe un pianeta di ‘seconda generazione’, oppure potrebbe migrare verso l’interno dalle regioni più distanti. Insomma, se esistono pianeti nella zona abitabile delle nane bianche dovremmo prima o poi trovarli. L’abbondanza di elementi pesanti sulla superficie delle nane bianche implica che una frazione significativa di queste stelle collassate possiede pianeti rocciosi. Loeb e il suo collega Dan Maoz dell’Università di Tel Aviv stimano che una survey delle 500 nane bianche più vicine potrebbe darci alcuni indizi sulla presenza di una o più terre abitabili. Il miglior metodo per rivelare questi pianeti consiste nella ricerca del transito quando la luce di una stella si indebolisce nel momento in cui un pianeta passa davanti al disco stellare. Dato che una nana bianca ha circa le dimensioni della Terra, un pianeta di tipo terrestre dovrebbe bloccare una maggiore frazione di luce e produrre così un segnale caratteristico della sua presenza. Ancora più importante è il fatto che gli astronomi sono in grado di studiare le atmosfere dei pianeti che transitano davanti al disco della propria stella. Quando la luce della nana bianca brilla attraverso l’anello di luce che circonda il disco planetario, l’atmosfera assorbe parte della radiazione. Durante questo momento della fase del transito si producono delle ‘impronte chimiche’ da cui è possibile capire se l’atmosfera contiene vapore acqueo o addirittura ‘segni di vita’ dati dalla presenza di ossigeno. Sulla Terra, l’atmosfera viene continuamente rifornita di ossigeno attraverso la fotosintesi dovuta alle piante. Se un giorno tutte le forme di vita cessassero di esistere sulla Terra, la nostra atmosfera diventerebbe rapidamente priva di ossigeno che si dissolverebbe negli oceani e ossiderebbe la superficie terrestre. Il telescopio spaziale James Webb (JWST), che sarà lanciato in orbita entro la fine di questo decennio, promette di essere un buon strumento per rivelare la presenza di gas nelle atmosfere di questi mondi alieni. Loeb e Maoz hanno simulato uno spettro sintetico sulla base di ciò che JWST potrebbe vedere analizzando l’atmosfera di un pianeta extrasolare che orbita attorno ad una nana bianca. I dati suggeriscono che sia l’ossigeno che il vapore acqueo potrebbero essere rivelati con sole poche ore di osservazione. Ma un altro studio recente mostra che il pianeta abitabile più vicino è molto probabile che si trovi ad orbitare attorno ad una nana rossa. Infatti, secondo Courtney Dressing e David Charbonneau del Dipartimento di Astronomia di Harvard dato che la nana rossa, nonostante sia più piccola e più debole del Sole, è molto più brillante e più grande di una nana bianca, il suo alone di luce potrebbe sovrastare il debole segnale dell’atmosfera di un pianeta che orbita attorno alla stella. Il telescopio spaziale JWST sarebbe perciò costretto ad osservare centinaia di ore di transito e sperare di catturare la composizione chimica dell’atmosfera planetaria. Comunque sia, Loeb rimane convinto che il pianeta più vicino e per il quale possiamo essere in grado di verificare l’esistenza di vita si troverà attorno ad una nana bianca.

Harvard University: Future Evidence for Extraterrestrial Life Might Come from Dying Stars

arXiv: Detecting bio-markers in habitable-zone earths transiting white dwarfs

Gliese 163c, un mondo alieno potenzialmente abitabile dove fa molto caldo

Una nuova super-Terra è stata trovata nella zona abitabile del sistema stellare Gliese 163 grazie ad una serie di osservazioni condotte dal gruppo europeo HARPS. Il pianeta, denominato con la sigla Gliese 163c, ha una massa quasi 7 volte quella terrestre e orbita attorno alla stella con un periodo di 26 giorni. Le super-Terre sono quei pianeti extrasolari che hanno masse comprese tra 2-10 masse terrestri e sono principalmente composti di roccia e acqua. Gliese 163 è una nana rossa vicina alla distanza di circa 50 anni-luce nella costellazione del Dorado. Inoltre, è stato trovato un altro pianeta più grande, Gliese 163b, che si trova in un’orbita più vicina alla stella e compie una rivoluzione in 9 giorni. E’ probabile che esista un terzo pianeta, non ancora confermato, che orbita ad una distanza maggiore.

Con questa scoperta, la lista degli esopianeti potenzialmente abitabili comprende 6 oggetti ed è descritta nel Habitable Exoplanet Catalog of the Planetary Habitability Laboratory @ UPR Arecibo. Si tratta, però, di pianeti molto più grandi della Terra anche se sono considerati buoni candidati per ospitare eventuali forme di vita aliena, anche a livello elementare. L’esistenza di questi particolari pianeti in orbita attorno alle nane rosse è stata dibattuta a lungo dagli scienziati. Infatti, gli effetti di marea possono causare un surriscaldamento della superficie stessa dei pianeti e l’elevata interazione gravitazionale della nana rossa può tenerli bloccati, per così dire, sempre con la stessa faccia rivolta alla stella. C’è da dire poi che questo tipo di stelle sono molto attive e i venti stellari possono erodere le atmosfere planetarie molto rapidamente. Tutti questi fattori possono perciò precludere l’esistenza di qualche forma di vita elementare soprattutto nei pianeti più piccoli dove lo spessore dell’atmosfera non è così elevato. Per esempio, nel nostro Sistema Solare non ci sono super-Terre perché gli 8 pianeti sono o più piccoli della Terra o sono giganti gassosi come Giove. Dunque, capire come si formano queste super-Terre attorno alle nane rosse, e non attorno a stelle come il Sole, rappresenta una sfida per i ricercatori anche in termini di una loro potenziale abitabilità. Infine, il satellite Kepler ha rivelato circa 27 pianeti potenzialmente abitabili rispetto ai circa 2300 che attendono ancora di essere confermati. Alcuni di questi oggetti sono molto simili al nostro pianeta ma sfortunatamente appartengono a sistemi stellari molto distanti e per cui diventa quasi impossibile verificare la loro abitabilità anche se questa classe di pianeti è molto comune nella Via Lattea.

Una coppia stellare molto ‘stretta’

L’immagine illustra le due stelle nane rosse di tipo spettrale M4 che orbitano l’una attorno all’altra ogni 2,5 ore circa proiettate verso un destino comune: la formazione, forse, di una singola stella.
Credit: J. Pinfield, RoPACS network

Grazie ad una serie di osservazioni realizzate mediante il telescopio ad infrarossi UKIRT (United Kingdom Infrared Telescope) situato nelle Hawaii, un gruppo di astronomi hanno scoperto una coppia di stelle che orbitano l’una attorno all’altra in meno di quattro ore. Il fatto sorprendente è che fino ad oggi si era pensato che un tale sistema stellare non potesse esistere.

E’ noto che almeno il 50% delle stelle presenti nella Via Lattea appartengono, a differenza del Sole, ad un sistema binario in cui le stelle orbitano l’una attorno all’altra sin dalla loro nascita. Gli astronomi hanno da sempre pensato che se una coppia stellare risulta molto stretta, in termini di distanza, accade che le due stelle finiranno per fondersi (merging) formando una singola stella molto più grande, un fatto in accordo con le osservazioni degli ultimi trent’anni. Oggi, per la prima volta, il gruppo di ricercatori hanno investigato i sistemi binari formati dalle nane rosse, cioè stelle che sono almeno dieci volte più piccole e migliaia di volte meno luminose del Sole. Dopo una serie di osservazione condotte negli ultimi cinque anni, il telescopio UKIRT ha permesso di monitorare la luminosità di centinaia di migliaia di stelle, incluse migliaia di nane rosse, grazie alla sensibilità dello strumento Wide-Field Camera, un progetto di ricerca che fa parte del programma European (FP7) denominato Initial Training Network ‘Rocky Planets Around Cool Stars’ (RoPACS). “Con nostra sorpresa, abbiamo trovato diverse coppie composte da nane rosse che hanno un periodo orbitale inferiore a 5 ore, un fatto che era considerato impossibile”, spiega Bas Nefs del Leiden Observatory in Olanda. “Ciò implica che dobbiamo ripensare nuovamente alla formazione ed evoluzione di questi particolari sistemi binari”. Per tentare di spiegare come mai tali coppie possano esistere sono state introdotte due ipotesi: la prima si basa sul fatto che le orbite si siano, per così dire, ristrette durante il corso dell’evoluzione stellare; la seconda, invece, si basa sul fatto che tali sistemi stellari ‘freddi’ sono molto più attivi e violenti di quanto si era precedentemente pensato.

ArXiv: Four ultra-short period eclipsing M-dwarf binaries in the WFCAM Transit Survey

M42, ancora sorprese dalla nebulosa di Orione

Questa nuova immagine della nebulosa di Orione è stata realizzata utilizzando la Wide Field Imager camera del telescopio di 2,2m MPG/ESO dell’osservatorio di La Silla, in Cile. Si tratta di una composizione di diverse esposizioni ottenute attraverso cinque filtri differenti con un tempo di esposizione di circa 52 minuti per ogni filtro.
Credit: ESO e Igor Chekalin

La nebulosa di Orione, nota anche come Messier 42, è uno degli oggetti celesti più studiati e facilmente riconoscibile. Si tratta di una struttura enorme e complessa di gas e polveri dove si stanno formando nuove stelle. Il gas è talmente luminoso che può essere osservato ad occhio nudo. Nonostante la nebulosa non sia molto distante dalla Terra, c’è ancora tanto da studiare. Ad esempio, è stato solo nel 2007 che si è trovato che la nebulosa si trova ad appena 1350 anni-luce, anziché 1500 anni-luce rispetto a quanto pensato in precedenza. Gli astronomi dell’ESO hanno scoperto che le deboli nane rosse che si trovano nella nebulosa e che sono associate alla presenza d gas, emettono molta più radiazione e questo ci dà ulteriori informazioni su uno dei più noti e affascinanti oggetti del cielo.