Nuova luce sul mondo alieno Tau Boötis b, distante 51 anni luce dalla Terra. Grazie al Very Large Telescope dell’ESO, finalmente è stata svelata la fioca “impronta” atmosferica extraterrestre di quel lontano pianeta. È un balzo gigantesco per l’umanità. Per la prima volta nella storia dell’Astronomia, grazie a una nuova tecnica ingegnosa, gli astronomi dell’ESO sono riusciti a studiare direttamente l’atmosfera dell’esopianeta Tau Boötis b, in gran dettaglio, senza sfruttare la configurazione orbitale favorevole del passaggio dell’esomondo di fronte alla stella madre. Un’equipe internazionale di astrofisici è riuscita a catturare la debole luce del gigante gassoso Tau Boötis b, osservandone l’atmosfera e misurando l’orbita e la massa del pianeta con grande precisione per la prima volta, risolvendo così il problema dopo 15 anni di ricerche. L’entusiasmo degli scienziati è salito alle stelle quando, con viva sorpresa, hanno scoperto che l’atmosfera del pianeta alieno sembra raffreddarsi ad altezze elevate, al contrario di quanto ci si aspettava. I risultati sono in pubblicazione sul numero del 28 giugno 2012 della prestigiosa rivista Nature, nell’articolo “The signature of orbital motion from the dayside of the planet τ Boötis b”, un lavoro svolto dall’equipe composta da Matteo Brogi (Leiden Observatory, Olanda), Ignas A. G. Snellen (Leiden Observatory), Remco J. de Kok (SRON, Utrecht, Olanda), Simon Albrecht (Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA), Jayne Birkby (Leiden Observatory) e Ernst J. W. de Mooij (University of Toronto, Canada; Leiden Observatory). Il pianeta Tau Boötis b è uno dei primi esopianeti, scoperti nel 1996, più noti e vicini al nostro Sistema Solare. Anche se la stella madre principale è facilmente visibile a occhio nudo, il pianeta certamente non lo è. Era stato individuato solo grazie agli effetti gravitazionali che esercita sulla stella A del sistema binario. Tau Boötis b è un grande pianeta gioviano caldo, noto anche come “Giove caldo” che orbita molto vicino alla sua stella. Il nome del pianeta, Tau Boötis b, caratterizzato da temperature comprese tra i mille e i duemila gradi Kelvin, trae origine dall’astro principale, Tau Boötis, ovvero τ Bootis (con la lettera greca “tau”, non la lettera “t” ) con l’aggiunta della lettera “b” per indicare che questo è il primo pianeta extraterrestre scoperto intorno a questa stella. La designazione “Tau Boötis A” viene usata per la stella principale stessa in quanto appartenente a un sistema binario. Come molti esopianeti, questo gigante gassoso non attraversa il disco del suo astro. Finora questi transiti erano indispensabili per permettere lo studio dell’atmosfera degli esopianeti gioviani caldi: quando un pianeta transita davanti alla sua stella (lo abbiamo visto con Venere) imprime le “impronte” elettromagnetiche della propria atmosfera sulla luce della stella madre. Poiché la luce dell’astro non attraversa l’atmosfera di Tau Boötis b, prima di giungere a noi, gli scienziati non erano riusciti finora ad osservare direttamente l’atmosfera del pianeta alieno. Ora, dopo 15 anni di tentativi per analizzare il tenue bagliore emesso dai pianeti gioviani caldi, gli astronomi dell’ESO sono finalmente riusciti a sondare in modo affidabile la struttura dell’atmosfera di Tau Boötis b, ed a dedurne per la prima volta con grande precisione la massa. L’equipe ha utilizzato lo strumento CRIRES (CRyogenic InfraRed Echelle Spectrometer, ossia Spettrometro a Echelle criogenico nella banda infrarossa) accoppiato al fuoco Nasmyth, il “cuore” delle ottiche del Very Large Telescope dell’Osservatorio europeo australe ESO di Paranal in Cile, per effettuare le osservazioni nelle notti del 1°, 8 e 14 Aprile 2011. Gli scienziati hanno combinato osservazioni di alta qualità nella luce infrarossa, a lunghezze d’onda vicine ai 2,3 micron, con un abile trucco per separare il debole segnale dell’esopianeta da quello molto più forte prodotto dalla sua stella madre, collezionando 452 spettri. A lunghezze d’onda infrarosse, la stella madre emette meno che nella banda ottica. E perciò questa è la luce più favorevole per identificare il debole segnale del pianeta. Il metodo usa la velocità del pianeta in orbita intorno alla stella madre per distinguere la sua radiazione da quella dell’astro e dalle “impronte” dovute all’atmosfera terrestre. La stessa equipe di astronomi ha verificato la tecnica su un pianeta durante il transito, misurando la velocità orbitale mentre attraversava il disco stellare. “Grazie alle osservazioni di qualità superba fornite dal VLT e da CRIRES – spiega Matteo Brogi dell’Osservatorio di Leiden in Olanda, l’autore principale dello studio – siamo riusciti a studiare lo spettro del sistema in un dettaglio mai raggiunto finora. Solo lo 0.01% della luce che riceviamo proviene dal pianeta, mentre il resto è dovuto alla stella. L’impresa non era facile!”. La maggioranza degli oltre tremila pianeti extraterrestri in orbita intorno alle altre stelle (http://planetquest.jpl.nasa.gov/) finora scoperti (e/o sono in attesa di conferma ufficiale) sono stati individuati grazie all’effetto gravitazionale esercitato sulla stella madre. Impronta che limita l’informazione desumibile sulla loro massa: gli astronomi infatti possono calcolare solo un limite inferiore alla massa dell’esopianeta. Questo accade perché l’inclinazione dell’orbita normalmente non è nota a priori. Se l’orbita del pianeta extraterrestre è inclinata rispetto alla linea di vista tra la Terra e la stella, un pianeta più massiccio produce lo stesso movimento “avanti e indietro” della stella di un pianeta più leggero in un’orbita meno inclinata. E non è possibile separare i due effetti. Questa nuova tecnica pionieristica messa a punto dagli scienziati dell’ESO è molto più potente: l’osservazione diretta della luce del pianeta consente agli astronomi di misurare l’angolo di inclinazione del piano orbitale del mondo alieno e quindi di calcolare la massa del pianeta. Tracciando i cambiamenti del moto del pianeta durante l’orbita, utilizzando la Terza Legge di Keplero, l’equipe ha misurato per la prima volta in modo affidabile che Tau Boötis b orbita intorno alla stella madre con un angolo di 44,5 gradi e con una massa pari a sei volte quella del nostro Giove. “Le nuove osservazioni del VLT risolvono dopo 15 anni il problema della massa di Tau Boötis b. E la nuova tecnica – rivela Ignas Snellen dell’Osservatorio di Leiden, coautore dell’articolo scientifico – ci permette di studiare anche l’atmosfera di altri esopianeti che non transitano di fronte alla propria stella madre, così come di misurarne accuratamente la massa, cosa che era finora impossibile. Questo è un grande passo avanti”. Oltre a rivelare l’atmosfera e misurare la massa di Tau Boötis b, gli astronomi hanno saggiato i gas atmosferici alieni, misurandone il tasso di monossido di carbonio, così come la temperatura a diverse altezze per mezzo del confronto delle osservazioni con un modello teorico. Il risultato sorprendente di questo studio è che le nuove osservazioni indicherebbero un’atmosfera con una temperatura che decresce con l’altezza. Questo è esattamente l’opposto del fenomeno fisico dell’inversione termica (l’aumento della temperatura con l’altezza) osservata su altri esopianeti gioviani caldi. Gli scienziati ritengono che l’inversione termica sia dovuta all’emissione piuttosto che all’assorbimento delle molecole, come si evince dalle osservazioni fotometriche di pianeti gioviani caldi osservati con il telescopio spaziale Spitzer. L’esopianeta HD209458b è l’esempio più studiato di inversione termica nei pianeti alieni. Questa osservazione dell’ESO sembra favorire quei modelli in cui la forte emissione ultravioletta associata all’attività cromosferica, simile a quella mostrata dalla stella madre di Tau Boötis b, è responsabile dell’inibizione dell’inversione termica. Le osservazioni del VLT mostrano che la spettroscopia da Terra ad alta risoluzione è uno strumento prezioso per l’analisi dettagliata dell’atmosfera degli esopianeti che non transitano di fronte alla propria stella. La rilevazione di molecole diverse in futuro permetterà agli astronomi di capire meglio le condizioni atmosferiche dei pianeti in esame: effettuando misure lungo l’orbita del pianeta, gli astronomi potranno anche seguire l’andamento dei cambiamenti atmosferici tra mattino e sera. L’immagine del cielo che circonda la stella Tau Boötis è stata prodotta a partire dal “Digitized Sky Survey 2”. La stella stessa, così brillante da essere vista a occhio nudo, è al centro della foto diramata dall’ESO. I raggi e i cerchi colorati che la circondano sono artefatti del telescopio e della lastra fotografica impiegata e non sono reali. L’esopianeta Tau Boötis b, orbita molto vicino alla stella ed è completamente invisibile nell’immagine reale fornita dall’ESO. Il pianeta alieno è stato individuato in modo diretto solo recentemente, utilizzando il VLT dell’ESO che ne ha catturato la luce. Pertanto la rappresentazione artistica mostra l’esopianeta Tau Boötis b, così come ci apparirebbe se fossimo vicini alla sua orbita dopo il primo viaggio interstellare (con vere astronavi frutto della liberalizzazione dell’impresa spaziale, non con capsule a perdere!) fino a Tau Boötis nella costellazione del Bifolco (Boote). Il sistema stellare è composto da due stelle, chiamate Tau Boötis A e Tau Boötis B. In buone condizioni meteo e sotto cieli scuri, lontani dall’inquinamento luminoso cittadino, la componente primaria è visibile anche ad occhio nudo. Tau Boötis A è una nana bianco-gialla (tipo spettrale F7V) della quarta magnitudine. È il 34% più massiva del nostro Sole, perciò è anche più luminosa e calda. Il suo raggio è pari a circa 1,46 volte quello del Sole, e la sua età stimata è di circa 1,3 miliardi di anni. Poiché è più massiva del Sole, la sua vita media sarà più corta, circa 6 miliardi di anni. Non mostra alcuna variabilità, anche se a volte viene inclusa tra le variabili sospette. Il mondo alieno Tau Boötis b orbita molto vicino alla stella principale, a sole 0,0481 Unità Astronomiche (1 U.A. è la distanza Terra-Sole). È un pianeta infernale, più irradiato di quanto lo sia HD209458b. L’esopianeta e la stella si trovano in un’insolita configurazione orbitale: è la stella ad essere in rotazione sincrona. Gli scienziati dell’ESO hanno scoperto che la rotazione stellare a latitudini intermedie è sincronizzata con il periodo orbitale del pianeta di 3, 312 giorni. Tanto dura un anno lassù. Il che suggerisce che i oggetti condividano lo stesso piano orbitale. Tau Boötis B è una debole nana rossa, tipo spettrale M2V. Orbita la componente primaria a una distanza di 240 Unità Astronomiche. Per compiere un’intera orbita attorno a Tau Boötis A, impiega migliaia di anni. In rotazione sincrona con l’orbita del pianeta. E non il contrario come sarebbe normale. Delle due componenti naturalmente ad occhio nudo riusciamo ad osservare la più brillante. La stella è situata nell’emisfero celeste boreale. Grazie alla sua posizione non fortemente boreale, può essere osservata da molte regioni della Terra. Il periodo migliore, nel cielo serale, ricade nei mesi compresi fra fine marzo e agosto: da entrambi gli emisferi il periodo di visibilità rimane indicativamente lo stesso, grazie alla posizione della stella non lontana dall’equatore celeste. “Questo studio mostra il potenziale enorme dei telescopi da terra attuali e futuri, come l’E-ELT – fa notare Ignas Snellen – e forse un giorno potremo trovare in questo modo le prove della presenza di attività biologica su pianeti simili alla Terra”. L’ESO sta per costruire il più grande telescopio ottico-infrarosso al mondo. Durante la riunione a Garching del giugno 2012 il Consiglio dell’ESO ha approvato il programma dell’European Extremely Large Telescope, in attesa della conferma dei quattro cosiddetti voti “ad referendum” da parte delle autorità dello Stato Membro, prima della prossima riunione del Consiglio. L’E-ELT sarà operativo a partire dall’inizio del prossimo decennio. Sarà il più grande occhio del mondo rivolto al cielo. Avrà uno specchio segmentato primario da 39,3 metri di diametro e sarà situato sul Cerro Armazones nel nord del Cile, vicino all’Osservatorio ESO del Paranal. Tutti gli Stati Membri dell’ESO hanno già espresso il proprio sostegno per il progetto dell’E-ELT. Il Consiglio ha votato a favore della risoluzione di approvazione dell’E-ELT e della prima serie di strumenti di grandi capacità. Per approvare l’inizio del programma, due terzi degli Stati Membri (almeno dieci) dovevano votare a favore. Alla riunione del Consiglio hanno votato a favore dell’inizio del programma dell’E-ELT l’Austria, la Germania, l’Olanda, la Repubblica Ceca, la Svezia e la Svizzera. Altri quattro paesi hanno votato a favore “ad referendum”: Belgio, Finlandia, Italia e Regno Unito. Gli altri quattro Stati Membri stanno lavorando attivamente per aderire al programma nel prossimo futuro. In seguito alla risoluzione, la spesa per i vari elementi del progetto, al di là delle prime opere civili, non inizierà fino a quando i contributi promessi dagli Stati Membri, come deciso nei principi di finanziamento approvati dal Consiglio alla fine del 2011, non supereranno il 90% dei 1083 milioni di Euro necessari per completare l’opera (costi dell’anno 2012). Nella programmazione attuale entro il 2013 dovrebbero essere approvati i primi grandi contratti industriali per l’E-ELT e impegnati la maggior parte dei fondi. Questo dovrebbe dare sufficiente tempo per soddisfare le condizioni: la conferma dei voti di Belgio, Finlandia, Italia e Regno Unito, la partecipazione al progetto degli altri Stati Membri, il completamento della procedura di ratifica da parte del Brasile. “Questo è un risultato eccellente per l’ESO – fa notare il Direttore Generale, Tim de Zeeuw – possiamo adesso continuare secondo il programma previsto con questo progetto gigantesco”. I primi contratti sono già stati assegnati. Poco prima della riunione del Consiglio è stato firmato un contratto per iniziare uno studio progettuale di dettaglio per l’ambizioso disegno dello specchio adattivo M4, uno degli elementi che richiedono più tempo di elaborazione di tutto il programma E-ELT. È in corso il lavoro di progettazione dettagliata del tracciato della strada per la vetta del Cerro Armazones, dove l’E-ELT sarà costruito, e delle opere civili, tra cui la preparazione della strada di accesso alla vetta e il livellamento della piattaforma sulla cima stessa. Lavori che dovrebbero iniziare quest’anno. “L’E-ELT manterrà l’ESO in una posizione predominante per decenni a venire – spiega il Presidente del Consiglio, Xavier Barcons – e porterà una straordinaria messe di risultati scientifici”. Nel 2012 si celebra il 50mo anniversario della fondazione dell’Osservatorio Australe Europeo. L’ESO è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e l’Osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 15 paesi: Austria, Belgio, Brasile, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Gran Bretagna, Italia, Olanda, Portogallo, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera. L’ESO svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. Ha anche un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. Gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l’ESO gestisce il Very Large Telescope, Osservatorio astronomico d’avanguardia nella banda visibile e due telescopi per “survey”. VISTA, il più grande telescopio per survey al mondo, lavora nella banda infrarossa mentre il VLT Survey Telescope è il più grande telescopio progettato appositamente per produrre survey del cielo in luce visibile. L’ESO è il partner europeo di un telescopio di concetto rivoluzionario, ALMA, il più grande progetto astronomico esistente. Con la spettroscopia esoplanetaria ad altissima risoluzione, dalla Terra e dallo spazio, scopriremo di tutti i colori e i segreti dei mondi alieni.
© Nicola Facciolini
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