30.5.17

PDS 110 E I SATURNI EXTRASOLARI


Gli anelli attorno ai pianeti giganti gassosi del nostro sistema planetario hanno generato da sempre una grande meraviglia in chi li ha osservati.
Nel sistema solare il Signore degli Anelli per eccellenza è Saturno, eppure sistemi analoghi di anelli (sebbene più deboli e meno estesi) sono presenti attorno a Giove, Urano e Nettuno. 
Sembra incredibile ma recentemente sono stati scoperti almeno due anelli attorno all'asteroide 10199 Chariklo, grande appena 250 km, una scoperta tanto inaspettata quanto emozionante per chi viaggia con la fantasia.

Dunque gli anelli planetari sono molto comuni nel sistema solare e potrebbero esserlo anche quelli asteroidali.

Dopo aver scoperto migliaia di pianeti attorno ad altre stelle, viene naturale domandarsi se pianeti come il nostro Saturno siano comuni anche attorno ad altre stelle. A livello puramente statistico la risposta è certamente si: tra tutti questi pianeti extrasolari abbiamo classificato pianeti terrestri, pianeti gioviani, pianeti nettuniani, ed addirittura superterre, una tipologia di pianeta che nel nostro sistema è assente! Allora si è partiti alla ricerca di questi gemelli di Saturno, ma come fare? 
L'unico metodo conosciuto e utile allo scopo è quello del transito. Bisogna solo sperare che attorno a qualche stella osservabile dalla Terra, lungo la nostra stessa linea di vista, nell'esatto momento in cui osserviamo, un gemello di Saturno eclissi momentaneamente la sua stella.
Sembra un'impresa impossibile eppure migliaia di pianeti sono stati scoperti proprio così. 
Ma come fare a distinguere un pianeta gioviano da uno saturniano? Bisogna trovare un grosso sistema di anelli. 
Ed è proprio a questo punto che il metodo con cui è stato rilevato l'asteroide 10199 Chariklo fa scuola.
Si è atteso che l'asteroide transitasse di fronte ad una stella sullo sfondo, creando un vero e proprio eclisse. Se durante un evento di questo genere il nostro occhio rileva un momentaneo calo di luminosità (parziale o totale), i sensori applicati ad un telescopio rilevano una curva di luce. 
Una curva di luce non è altro che un grafico che mostra l'andamento della luminosità in funzione del tempo che passa. Se davanti ad una stella non transita nulla, a meno di fenomeni intrinseci dell'astro, la sua luminosità rimane costante nel tempo e la sua curva di luce apparirà come una retta parallela all'asse x del grafico; viceversa assisteremo ad un calo di luminosità proporzionale per durata ed entità alla dimensione dell'oggetto in transito. Quindi, nel caso dell'oggetto in transito, la curva di luce assumerà una caratteristica forma concava: la luminosità comincerà a calare nel momento in cui l'oggetto transita di fronte al disco stellare, raggiungerà un minimo quando l'oggetto sarà interposto tra noi osservatori e la stella, infine la luminosità tornerà ad aumentare fino ai livelli consueti alla fine del transito. La profondità della curva e la sua ampiezza sono proporzionali alla dimensione dell'oggetto ed alla durata del transito.

Torniamo agli anelli e a come scovarli con il metodo del transito. Un oggetto sferico e ben definito in transito produrrà una singola curva di luce dai contorni ben delineati. Ma se  l'oggetto in transito è dotato di anelli la sua curva di luce ne recherà i segni. Nei primi istanti del transito la luce stellare alle sue spalle non sarà affievolita immediatamente dal pianeta, bensì dalla porzione degli anelli che deborda dalla silhouette del pianeta, poi dal pianeta e nuovamente dagli anelli posti dal lato opposto. 
In una curva di luce tutto ciò si traduce in un primo calo di minore entità che anticipa il calo vero e proprio dovuto al pianeta, che a sua volta anticipa un secondo calo più debole. I due cali minori naturalmente saranno di pari entità ed equidistanti dal calo principale dovuto al pianeta. 
Questo è quanto è stato osservato durante il transito di Chariklo ed è quello che ci si aspetta dal transito di un Saturno extrasolare. 
Tra le migliaia di pianeti extrasolari noti, solamente due potrebbero essere dei gemelli di Saturno. 
Il primo, J1407b, è stato scoperto nel 2012, attorno ad una nana arancione a 434 a.l.,  e mostrerebbe queste caratteristiche ma è stato possibile effettuare una sola osservazione e la prossima potrebbe essere attorno al 2020. 
Il secondo orbita attorno alla stella PDS 110 ed ha una storia più travagliata. Alcuni anni fa gli astronomi del team WASP avevano notato quella che sembrava una strana nebbia attorno alla stella, ma nulla fu fatto per i successivi due anni, fino a quando si notò che altri e diversi strumenti avevano rilevato il medesimo segnale. A questo punto qualcosa doveva essere in orbita attorno alla stella PDS 110, qualcosa che affievoliva la sua luce per ben 25 giorni, un tempo molto più lungo di un normale transito planetario. 
Dal profilo della curva di luce gli astronomi hanno ipotizzato possa trattarsi di un gigante gassoso, di dimensioni superiori a quelle di Giove, con un sistema di anelli esteso per circa 50 milioni di km,
ovvero 200 volte quello di Saturno. Il pianeta si starebbe muovendo all'interno di un disco di gas e polveri costituito dal materiale avanzato dalla formazione stellare. La cosa interessante è che, a differenza della ampia orbita descritta da J1407b, il pianeta attorno a PDS 110 dovrebbe transitare nuovamente di fronte alla sua stella nel settembre di quest'anno. Un'orbita quindi molto più corta che permetterà agli astronomi, in collaborazione con una folta schiera di astrofili, di sapere con certezza se siamo di fronte ad un nuovo Saturno o meno. Infatti una o due osservazioni non bastano per essere certi di un transito: per fugare ogni dubbio servono almeno tre osservazioni che riportino tutte i medesimi risultati.
Altro aspetto interessante è la disposizione degli anelli: se quelli di Saturno sono adagiati sul piano orbitale del pianeta, quelli di PDS 110b potrebbero essere fortemente inclinati e quindi sporgere dal disco di gas e polveri che circonda la stella.  Se così fosse, ma non è affatto detto, potrebbero essere gravitazionalmente disturbati dalla presenza del materiale circumstellare, dando vita a forme inedite.
Va detto anche, per completezza, che quanto osservato potrebbe addirittura non essere affatto un pianeta con gli anelli, bensì un momentaneo accumulo di materiale nel disco che, perturbando con la sua massa il materiale circostante, lo innalza momentaneamente dal disco.
Ciò nonostante il team di scopritori si dice fortemente convinto che si tratti di un nuovo Saturno e che la prossima osservazione lo dimostrerà. In attesa di dati certi, l'immaginazione è già all'opera.


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