E' scomparso un esopianeta (o forse non è mai esistito!)

Di pianeti extrasolari, o esopianti, ne sono stati scoperti ormai diverse migliaia. La grandissima parte è stata identificata con metodi indiretti, ovvero è stato misurato l'effetto che la presenza di un pianeta provoca sulla stella attorno alla quale orbita (disturbi di luminosità o gravità). Molto pochi, invece, sono i pianeti che siamo riusciti a osservare direttamente scattandogli una "bella" foto, appena 138 su un totale confermato superiore ai 4200, circa il 3%,

A questa ristretta cerchia di pianeti osservati in modo diretto appartiene, o forse sarebbe meglio dire apparteneva, Fomalhaut b, un corpo celeste orbitante attorno alla luminosa stella Fomalhaut, nella costellazione del pesce australe. Fomalhaut è una stella piuttosto giovane e calda, distante circa 25 anni luce, attorno alla quale è presente uno spettacolare disco di polveri esteso per centinaia di miliardi di chilometri. Sul bordo interno del disco il telescopio spaziale Hubble aveva confermato, nel 2008, la presenza di un corpo celeste di massa e planetaria. Fu il primo esopianeta osservato direttamente alle lunghezze d'onda visibili, considerato quindi una scoperta di grande valore simbolico.

Il fu pianeta Fomalhaut b

Nel corso degli anni molti astronomi hanno studiato le peculiari proprietà di questo corpo celeste e sono cominciati a nascere i primi dubbi. Se il fatto che questo oggetto non emettesse una grande quantità di radiazione infrarossa può rappresentare una sorpresa riservata solo ai più esperti, le immagini successive del telescopio spaziale Hubble, fino al 2014, hanno mostrato qualcosa di sconcertante per tutti gli osservatori, anche semplici appassionati: l'immagine del pianeta si stava indebolendo, fino a quasi scomparire nel 2014.

Un pianeta molto luminoso nel visibile ma invisibile nell'infrarosso, nonostante dovesse avere una massa simile a quella di Giove (che emette molta radiazione elettromagnetica nell'infrarosso), del tutto incapace di esercitare qualsiasi tipo di disturbo gravitazionale sull'anello di detriti nel quale orbita, con un'orbita probabilmente aperta che lo avrebbe portato fuori dal sistema, che si affievolisce di centinaia di volte in pochi anni e sembra espandersi. Tanti indizi che alla fine hanno rappresentato una solida prova.

La conclusione alla quale si è arrivati tra il 2019 e il 2020 è che quel pianeta non è mai esistito. Quello che si è osservato è stato un raro, spettacolare, gigantesco scontro tra due planetesimi, corpi celesti che rappresentano le fasi iniziali di formazione dei pianeti. La collisione cosmica ha distrutto i due corpi celesti creando una grande quantità di polveri e calore. Questi nel corso degli anni si sono dissipati, facendo scomparire nel nulla l'immagine di un pianeta storico che in realtà non è mai esistito.

L'Universo, ancora una volta, ci sorprende e ci avverte di non lasciarsi mai andare a facili conclusioni. La ricerca scientifica cerca di osservare nella maniera più completa possibile una realtà che presenta milioni di sfaccettature. Solo con tempo, dedizione e molte osservazioni da diversi punti di vista riusciremo ad avvicinarci più possibile a descrivere la Natura per quello che è e non per come la percepiamo dal nostro limitato e incompleto punto di osservazione iniziale.

Personalmente, visto che ormai conosciamo migliaia di espianti, trovo molto più emozionante il fatto che per la prima volta nella nostra storia abbiamo osservato in diretta il raro scontro tra due corpi celesti di taglia planetaria in un sistema in formazione. Abbiamo infatti la fortuna di osservare in diretta un fotogramma di una lunga storia, probabilmente molto simile a quella che coinvolse 4.6 miliardi di anni fa il nostro Sistema Solare.



Per approfondire, l'articolo scientifico pubblicato su PNAS: https://www.pnas.org/content/early/2020/04/15/1912506117

Le infernali condizioni del sistema planetario TRAPPIST-1

L’annuncio della scoperta di 7 pianeti rocciosi attorno alla stella nana rossa TRAPPIST-1, di cui tre nella fascia di abitabilità, quindi potenzialmente in grado di ospitare acqua liquida in superficie, ha fatto il giro del mondo e ha regalato generosi sogni a tutti gli appassionati. La cassa di risonanza dei mass media ha amplificato fino all’esasperazione delle presunte caratteristiche che nessuno, nella comunità scientifica, aveva in realtà citato. Ecco allora che i primi lanci di agenzia parlavano di pianeti gemelli della Terra, simili in tutto e per tutto al nostro pianeta, sui quali la vita era considerata un fatto ormai scontato. Le agenzie di viaggio di mezzo mondo erano già pronte a staccare impossibili biglietti per le prossime vacanze estive a prezzi stracciati, comodamente seduti all’interno di un’astronave che avrebbe impiegato appena 700 mila anni per arrivare.

Rappresentazione artistica (e ottimistica) del sistema TRAPPIST-1

Se sognare è lecito e a volte persino necessario, non dobbiamo mai dimenticare però che la realtà spesso è ben diversa da quella raccontata da molti mezzi di informazione. Che quel sistema avesse poco o nulla in comune con la Terra era già evidente, a cominciare da ciò che davvero conoscevamo di quei lontani mondi: il raggio, una rozza stima della massa, la distanza orbitale dalla stella madre e il periodo di rivoluzione. Non si sapeva molto altro, ma tanto bastava per escludere una forte somiglianza con la Terra: i 7 pianeti, infatti, ruotano attorno a una stella poco più grande (in dimensioni) di Giove, 8 volte più piccola del Sole e 12 volte meno massiccia. I periodi di rivoluzione variano da poco più di un giorno per il più interno a un paio di settimane per quello più esterno (18 giorni per la precisione) e sono tanto vicini gli uni agli altri che dalla superficie di uno di questi si possono vedere i dischi degli altri, come se nel nostro cielo ci fossero altre sei lune. Di quel sistema l’unica cosa simile alla Terra sono le dimensioni dei pianeti e il fatto che alcuni di questi orbitano a una distanza dalla propria stella che permette di ricevere circa la stessa quantità di energia di quella che qui riceviamo dal Sole: nient’altro. Da qui a gridare alla vita ce ne vuole, anche perché, tutti lo sapevano, la stella attorno alla quale orbitano è una nana di classe M8, che tradotto dal linguaggio astronomico significa un oggetto molto particolare e irrequieto.

Le nane rosse, le stelle più piccole e meno brillanti dell’Universo, sono infatti note per essere astri molto instabili a causa dei forti e complessi campi magnetici che sono in grado di scatenare potenti brillamenti, esplosioni superficiali che scagliano nello spazio enormi quantità di radiazioni elettromagnetiche molto pericolose, come i raggi X e UV, e particelle subatomiche estremamente energetiche. La nana rossa del sistema TRAPPIST-1 ha solo mezzo miliardo di anni, quindi è estremamente giovane: questo non deponeva già a favore di una sua stabilità e ora ne abbiamo le prove.

Un gruppo di ricerca ungherese ha studiato infatti il comportamento della stella analizzando i dati fotometrici del telescopio spaziale Kepler e ha pubblicato un interessante articolo (attualmente in revisione presso la rivista Astrophysical Journal) che ben delinea l'inquietante scenario a cui sono sottoposti i sette pianeti del sistema TRAPPIST-1. Ebbene, possiamo definitivamente moderare l’entusiasmo, perché ora abbiamo le prove di quello che un po’ tutti pensavano.

La piccola nana rossa è infatti una stella estremamente instabile. Analizzando la sua luce in funzione del tempo, i ricercatori hanno scoperto l’esistenza di grosse macchie, simili, ma più estese, di quelle solari e la presenza di decine di potenti e complessi brillamenti, che avvengono con una cadenza anche di poche ore l’uno dall’altro. La potenza di queste esplosioni è paragonabile a quella dei più potenti flare di cui è capace il Sole, tra cui il famoso evento Carrington, che nel diciannovesimo secolo ha regalato aurore quasi fino all’equatore e causato molti problemi alla giovane linea telegrafica degli Stati Uniti. Stiamo parlando di eventi che possono rilasciare un’energia fino a 10^33 erg, pari a quella di un miliardo di bombe Zar, l’arma nucleare più potente e distruttiva mai concepita dall’essere umano. Poiché i pianeti di TRAPPIST-1 orbitano dalle 10 alle 100 volte più vicini alla stella rispetto alla Terra, i brillamenti stellari scatenerebbero tempeste magnetiche migliaia di volte più intense rispetto alle più potenti che hanno colpito il nostro pianeta. Non sappiamo quali sono le caratteristiche di questi pianeti, ma siamo perfettamente coscienti che se la Terra si trovasse al posto di uno qualsiasi di loro verrebbe sterilizzata e privata dell’atmosfera in breve tempo. A questo punto, allora, c’è solo da augurarsi che questi corpi celesti non siano davvero intrinsecamente simili alla Terra, altrimenti il loro destino sarebbe già stato scritto da milioni di anni e non sarebbe di certo favorevole allo sviluppo della vita come la conosciamo.  

La curva di luce della stella TRAPPIST-1 mostra improvvise impennate scatenate da imponenti flare che ne aumentano di oltre tre volte la luminosità.

Quanto devono essere diversi questi pianeti per poter resistere all’esuberanza della loro stella?

Solo un forte campo magnetico può schermare le atmosfere planetarie ed evitare una rapida erosione, come accaduto per Marte, ma questo dovrebbe essere migliaia di volte più potente di quello della Terra. In un sistema che potrebbe essere bloccato dalle forti forze mareali, ovvero in cui i periodi di rotazione dei pianeti dovrebbero coincidere con quelli di rivoluzione, tutti superiori al giorno terrestre, si fatica a capire come questi pianeti abbiano potuto creare un campo molto più intenso del nostro e mantenere un’atmosfera stabile. 

Come se non bastasse, le enormi esplosioni di questa stella ne aumentano la luminosità e questo implica che l’energia che ricevono i pianeti varia sensibilmente nel tempo. La zona di abitabilità, quindi, non avrebbe un confine netto e potrebbe variare di milioni di chilometri, facendo entrare e uscire di continuo i tre pianeti per noi più interessanti. Se anche ci fosse lo scudo magnetico a proteggere l’atmosfera dall’erosione da parte delle particelle cariche scagliate durante i brillamenti, cosa potrebbe garantire la stabilità atmosferica quando l’energia ricevuta può cambiare anche di tre volte in breve tempo? La risposta è sconsolante: niente. Il tempo di assestamento di un’atmosfera simile a quella terrestre, dopo che viene alterata da una potente esplosione stellare, è di qualche migliaio di anni, ben maggiore della frequenza dei flare più violenti registrata su TRAPPIST-1. La conseguenza è quindi inevitabile: le atmosfere di questi pianeti, qualora fossero presenti (cosa non scontata), sarebbero estremamente instabili e non favorevoli all’evoluzione della vita, che a prescindere dalle condizioni di cui necessita per nascere richiede una forte stabilità ambientale per evolversi, un ingrediente che manca del tutto in ognuno di questi sette pianeti. 
Lo scenario più probabile è la totale apocalisse: nessuna atmosfera attorno ai corpi celesti, superficie completamente sterile e solcata magari da grandi vulcani e imponenti colate laviche, come accadeva sulla giovane Terra: quanto di più lontano possa esserci per lo sviluppo e l'evoluzione di qualsiasi forma di vita.

Molti saranno rimasti delusi, ne sono certo, perché la nostra latente solitudine cosmica ha bisogno di essere colmata cercando qualcosa di familiare nell’immensa oscurità dell’Universo. In un luogo tanto vasto, tanto alieno, tanto al di là della nostra esperienza, al punto che spesso è più facile dimenticare che provare a immaginare, trovare un altro mondo simile al nostro rappresenterebbe quell’irrazionale sollievo al peso sempre maggiore della consapevolezza. Ma l’Universo non è fatto a nostra immagine e somiglianza e la sua vera bellezza è proprio l’eccezionale varietà di situazioni e fenomeni straordinari, molti dei quali difficili da immaginare finché non vengono scoperti. Cercare pianeti con la morbosa ossessione di trovare un qualsiasi appiglio che ci faccia sentire meno soli nell’Universo, rappresenta la trasposizione cosmica di quell’impaurito viaggiatore che esce per la prima volta dal proprio paese e, invece di immergersi nella cultura del luogo che sta visitando, si rifugia disperato nel primo ristorante italiano che trova lungo la strada, che di italiano, poi, ha solo il nome e ben poco altro. Lasciamo da parte le ancestrali ossessioni e concentriamoci, invece, nell’esplorare un luogo tanto alieno e altrettanto spettacolare, altrimenti rischieremo seriamente di rovinarci il viaggio più bello, lungo, libero e meraviglioso della nostra storia.

Sette pianeti rocciosi attorno a una stella vicina alla Terra

La notizia era nell’aria da ormai qualche giorno e nelle ultime ore l’embargo imposto ai giornalisti, che avevano ricevuto il comunicato stampa con qualche giorno di anticipo, era ormai crollato. Questo dimostra, come se ce ne fosse ancora bisogno, che le fughe di notizie sono inevitabili e tanto più rapide quante più persone ne sono a conoscenza. Ora che sono passate le 19 e l’embargo è terminato, anche chi l’ha rispettato può parlare.

Gli autori della ricerca, con a capo il belga Michaël Gillon dell'università di Liegi, in collaborazione con la NASA, hanno indetto una conferenza stampa e pubblicato un articolo su Nature (liberamente accessibile qui) dove si confermano i rumors della vigilia. 

Il sistema planetario TRAPPIST-1, acronimo di Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope, un progetto belga, fu scoperto nel Maggio 2016 e sembrava essere composto da tre pianeti che transitavano di fronte al disco della propria stella. Nei mesi successivi è partita la caccia per confermare e caratterizzare quei transiti con l'aiuto dei telescopi più potenti del mondo, compreso il telescopio spaziale infrarosso Spitzer. Ed è proprio questo che non solo ha confermato i tre pianeti ma ne ha aggiunti altri quattro al sistema, caratterizzandone dimensioni e orbite. Tutti sono di taglia terrestre, e già questo è un record, quindi probabilmente rocciosi, ma la cosa straordinaria è che tre di questi pianeti si trovano all'interno della zona abitabile attorno alla stella e possono sperimentare temperature comprese tra 0°C e 100°C.

 

Rappresentazione artistica (ma in scala) dei 7 pianeti rocciosi.

È racchiusa in quest'ultima frase tutta l’enfasi e l’importanza di questa scoperta. Non conosciamo, al momento, nessun sistema planetario, tra gli oltre 3000 scoperti, che abbia non uno ma ben tre pianeti di taglia rocciosa nella zona di abitabilità. Se la notizia può sembrare normale e fin troppo enfatizzata da giornalisti e dalla stessa NASA, forse non abbiamo ancora ben compreso quanto sia importante, quanto sia stata difficile e quale sia il passo fatto oggi dalla scienza. Forse ci aspettavamo l’osservazione diretta di un pianeta gemello della Terra, con oceani e vegetazione, o persino l’individuazione di tracce di civiltà. Il problema è che i mass media tradizionali, e in parte internet, ci hanno offerto una visione della scienza che è molto più avanti della nostra tecnologia, caricandoci di aspettative che a meno di clamorosi colpi di fortuna sono del tutto irrealistiche. Qualcuno potrebbe dire che “l’universo è pieno di pianeti in fascia abitabile” o che “anche se avessero dovuto annunciare la scoperta di vita extraterrestre io lo sapevo comunque, perché è normale che non siamo soli nell’Universo”. Queste affermazioni, sebbene siano supportate da ragionamenti logici e deduttivi non scorretti, restano ancora speculazioni. La realtà ha bisogno di più di qualche speculazione per essere confermata. La realtà ha bisogno di dati oggettivi e dimostrati, anche se la nostra mente ha intuito quella direzione con molto anticipo (addirittura Giordano Bruno aveva ipotizzato l’esistenza di infiniti altri mondi).

È vero che abbiamo già trovato pianeti extrasolari nella zona di abitabilità, ma non era mai accaduto di trovare un sistema tanto complesso e interessante.

Come forse molti già sanno, la zona di abitabilità è una fascia orbitale attorno alla stella dove è in teoria possibile l’esistenza di temperature miti e acqua liquida in superficie. L’appartenenza di un pianeta alla fascia di abitabilità è una condizione necessaria ma non sufficiente per avere un corpo celeste simile alla Terra, dove noi sappiamo che può svilupparsi la vita e in quale modo. Tra le altre variabili necessarie affinché in superficie ci siano condizioni adatte alla vita come la conosciamo c’è sicuramente la presenza di una densa atmosfera. Questa è di fatto la differenza tra la Terra e la Luna, tra un corpo celeste vivo e uno del tutto morto, pur condividendo la medesima zona all’interno della fascia di abitabilità.

Le curve di luce mostrano il calo di luminosità che la stella subisce ogni volta che uno di questi pianeti le passa di fronte. Dalla durata del transito e dal calo di luminosità si può ricavare il raggio del pianeta e la distanza dalla stella, quindi il periodo di rivoluzione.

Non sappiamo, ancora, se questi pianeti abbiano un’atmosfera e come sia fatta, ma poiché hanno una massa simile alla Terra non vi sono motivi forti per credere che non la possiedano. La cosa interessante, e in un certo senso straordinaria, è che a prescindere dallo spessore delle atmosfere e dalla loro composizione chimica, abbiamo tre possibilità nello stesso sistema planetario di trovare almeno un corpo celeste con le condizioni giuste: le probabilità sono quindi dalla nostra parte questa volta! Questo è il succo della notizia. Tre pianeti a distanze diverse ma dentro la fascia abitabile; tutti e tre rocciosi e con possibili atmosfere. A prescindere dalla loro composizione chimica, se gli involucri gassosi hanno una densità pari ad almeno il 10% quella della Terra, almeno uno di loro potrebbe ospitare acqua liquida in superficie.

Per capire meglio, proviamo a immaginare un Sistema Solare in cui Venere si trova al posto della Terra, la Terra a metà strada verso Marte e un altro pianeta simile per massa e dimensioni proprio alla distanza di Marte. Sappiamo già che a Marte è mancata solo un po’ di massa per riuscire a trattenere quella sua atmosfera primordiale che per almeno un miliardo di anni lo ha reso un posto temperato e ricco d’acqua. E’ molto probabile che se questi corpi celesti fossero stati nel nostro sistema solare avrebbero potuto essere tutti e tre abitabili, seppur in modo differente gli uni dagli altri.

Abbiamo allora scoperto quello che per il momento è il sacro Graal dei sistemi planetari, di gran lunga il luogo più interessante per cercare condizioni adatte alla vita e forse tra i più facili da studiare con la prossima generazione di telescopi. Tutti i pianeti, infatti, sono stati osservati attraverso il metodo dei transiti, colti mentre attraversavano, uno a uno, il disco della loro stella. Stiamo quindi osservando questo sistema stellare esattamente di taglio; una botta di fortuna cosmica (è davvero così?) che ci ha permesso di determinare le dimensioni e l'orbita con buona precisione e permetterà in futuro di ottenere gli spettri e i primi profili delle atmosfere dei tre pianeti per noi più importanti. 

Ma c'è anche dell'altro. E se TRAPPIST-1, benché raro per la nostra tecnologia ancora arretrata, fosse la regola nell'Universo? Davvero possiamo pensare che se un tale sistema fosse stato molto raro noi lo avremmo trovato a soli 40 anni luce dalla Terra, nel nostro giardino di casa, per di più con il metodo dei transiti che non vede oltre il 90% dei sistemi planetari? Se le nane rosse, tanto deboli da risultare per noi invisibili oltre poche centinaia di anni luce, avessero sistemi planetari così complessi, con più di un pianeta nella zona di abitabilità, nella Via Lattea conteremmo forse più di 100 miliardi di pianeti potenzialmente abitabili. Invisibili per i nostri occhi, silenziosi per le nostre orecchie, eppure potrebbero essere lì fuori, più numerosi persino delle stelle.

Le speculazioni da fare, a questo punto, sono tante, più di quelle che facevamo già prima di questo piccolo ma fondamentale tassello della nostra conoscenza. Belle, affascinanti, rilassanti, coinvolgenti, logiche, plausibili, probabili… ma si tratta solo di speculazioni. Le faranno (anzi, le hanno già fatte) i ricercatori che hanno scoperto questi 4 nuovi pianeti, le farete voi lettori, le ho fatte e le sto facendo io, perché è una delle cose più belle di una scoperta scientifica che viene regalata al mondo. La scienza permette a tutti di sognare, senza limiti e senza distinzioni, senza guardare titoli di studi o luoghi geografici. Sono sogni straordinari e straordinariamente democratici.

L’importante è ricordare alla nostra mente che le nostre sono solo speculazioni e che la realtà, benché ci sembri abbastanza delineata, ha sempre bisogno di essere provata. Sono ancora molti i punti interrogativi che ruotano attorno a questo sistema planetario, tra cui il più importante riguarda la stella. Non è un astro simile al Sole ma una nana rossa molto fredda, oltre 10 volte meno massiccia del Sole, con un'emissione spostata nell'infrarosso e migliaia di volte meno intensa di quella solare. Questa stella è tanto debole che pur trovandosi a 39 anni luce da noi, nella costellazione dell'Acquario, brilla di magnitudine 19, 150 mila volte più flebile dell'astro più debole che i nostri occhi riescono a scorgere nel cielo. Scordiamoci quindi di immaginare un sistema simile al nostro, perché quei pianeti, per essere nella zona di abitabilità, devono orbitare molto stretti, con periodi di rivoluzione dell’ordine dei giorni. Il più interno, infatti, impiega solo un giorno e mezzo a ruotare attorno alla stella, mentre il più esterno, considerato un mondo ghiacciato, poco più di 12. Cosa succede se, come si pensa, questi possiedono un periodo di rotazione uguale a quello di rivoluzione e mostrano quindi sempre la stessa faccia alla propria stella? Saranno comunque abitabili? E come potrebbe presentarsi un corpo celeste del genere?

TRAPPIST-1: un sistema planetario molto diverso dal nostro. La stella è una piccola nana rossa con circa l'8% della massa del Sole e grande quanto Giove. Tutti i pianeti si trovano ben più all'interno dell'orbita di Mercurio intorno al Sole e sono così vicini gli uni agli altri che da uno di questi si potrebbe vedere il disco e le nubi del vicino. Sembra più simile al sistema di satelliti di Giove, eppure ben tre pianeti sono dentro la zona di abitabilità, quindi potenzialmente simili alla Terra. Crediti dell'illustrazione: NASA and JPL/Caltech.

Ricordate allora ciò che diceva il grande Carl Sagan: affermazioni straordinarie richiedono prove altrettanto straordinarie. Io aggiungerei che in un campo tanto importante e allo stesso tempo difficile da indagare come quello della vita extraterrestre, le prove straordinarie si costruiscono poco a poco, mattone su mattone. La prova straordinaria è uno splendido palazzo che stiamo tirando su con estrema fatica sin dal 1995, quando scoprimmo il primo pianeta extrasolare attorno a una stella simile al Sole. Questa è stata una bella pietra, forse un intero piano; bisogna ora vedere quanto è distante il tetto del nostro palazzo e questo ce lo dirà il prossimo futuro e la prossima generazione di telescopi.

Per compiere una grande impresa serve pazienza, in ogni ambito della vita. Pazienza e dedizione, a volte per anni. Ma stiamo pur sicuri che prima o poi i nostri sforzi verranno premiati; prima o poi potremo rispondere con certezza alla domanda che ci assilla da tempo immemore: siamo soli nell'Universo?

Press release NASA: https://www.nasa.gov/press-release/nasa-telescope-reveals-largest-batch-of-earth-size-habitable-zone-planets-around

Per approfondire la tecnica dei transiti, che permette di osservare un pianeta extrasolare anche con strumentazione amatoriale, cliccate qui. 

Un pianeta forse simile alla Terra a due passi da casa

Dal 1995 a oggi abbiamo scoperto oltre 3500 pianeti al di fuori del nostro Sistema Solare, in oltre 2600 sistemi planetari. Abbiamo trovato pianeti di ogni tipo: caldissimi gioviani, fatti di diamante, orbitanti in sistemi doppi o tripli, in evaporazione come gigantesche comete... Abbiamo visto pianeti lontani migliaia di anni luce, vecchi di 10 e più miliardi di anni, in ambienti molto diversi dai nostri e attorno ai più disparati tipi stellari. Come in molti ambiti dell'esplorazione umana, in poco tempo ci siamo spinti sempre più in là, sempre più lontano nello spazio e nel tempo, abbattendo con una facilità disarmante ogni barriera che prima sembrava un muro invalicabile. La speranza? Che il nostro interminabile viaggio potesse farci raggiungere le inafferrabili risposte alle domande che ci accompagnano da sempre.

Abbiamo cercato in lungo e in largo per la Galassia, o almeno nella sua porzione a noi più vicina, ma ci siamo sempre scontrati con un'amara verità: quei pianeti, anche se simili alla Terra quanto vogliamo, sono sempre troppo lontani, così tanto che persino la nostra immaginazione si inibisce nell'attraversare tanto spazio, al punto da non permettci di immaginarli come mondi reali, come mondi possibili, come nostri fratelli.
In questi anni di fornsennata ricerca, quasi senza respiro, ci siamo accorti però di una cosa che ora è diventata una certezza: i pianeti, sebbene piccoli, deboli e quasi sempre invisibili, ci sono e sono dappertutto, anche nei posti che non ritenevamo possibili. Ci sono pianeti probabilmente sin quasi dall'alba dell'Universo, di certo sin dal momento in cui sono nate le generazioni di stelle che possiamo osservare. Ci sono, probabilmente, persino più pianeti che stelle nella Via Lattea e questo implica l'esistenza di centinaia di miliardi di silenziosi e invisibili corpi celesti.

Pianeti, pianeti ovunque, ma non nel sistema a noi più vicino, quello formato da tre stelle e denominato Alpha Centauri. Per decenni, mentre inevitabilmente ci si allontanava sempre più da casa, ogni tanto si cercava anche tra i nostri vicini, tra quelle stelle che per l'Universo sono a un soffio da noi, a circa 40 mila miliardi di chilometri dalle nostre teste, o 4,3 anni luce; un numero, questo, che meglio riesce a illuderci della loro estrema vicinanza.

Le stelle più vicine al Sole

Nell'ottobre del 2012 venne pubblicato su Nature un articolo in cui si annunciava la scoperta di un pianeta di massa simile alla Terra attorno alla componente B del sistema di Alpha Centauri: è la svolta. Un pianeta attorno al sistema stellare vicino alla Terra e per di più simile, in apparenza, al nostro. L'entusiasmo, però, si affievolì sempre più, mano a mano che procedevano le verifiche, perché quel pianeta non lo "vide" proprio nessun'altro. La parola fine alla tormentata vicenda fu posta nell'ottobre del 2015: il segnale trovato dai ricercatori, che poteva corrispondere a un pianeta terrestre in orbita molto stretta attorno alla stella (con periodo di circa 3 giorni) era con ogni probabilità un segnale spurio e non un reale corpo planetario. Quella battaglia era stata persa, ma la guerra non era ancora finita.

Già dai primi anni 2000 attorno alla componente più debole del sistema, Proxima, una nana rossa migliaia di volte meno luminosa del Sole (tanto che non è visibile a occhio nudo, nonostante sia la stella più vicina), sembravano vedersi degli strani andamenti. La stella subiva dei piccoli spostamenti periodici rispetto a quanto avrebbe dovuto fare se fosse stata sottoposta solo all'attrazione gravitazionale delle due sorelle maggiori. I tempi non erano ancora maturi perché i dati non mostravano la chiarezza richiesta per confermare un possibile pianeta.
La scienza, però, è anche e soprattutto pazienza e perseveranza, così di quei segnali interessanti di molti anni fa nessuno si è dimenticato e nel Gennaio 2016 è partita una massiccia campagna di ricerca da parte dell'ESO (l'osservatorio australe europeo) con la grande novità del coinvolgimento diretto del pubblico, che ha potuto assistere alla fase di raccolta e di analisi dei dati ripresi dai più potenti telescopi del mondo, nel luogo, il deserto di Atacama, migliore che possiamo trovare qui sulla Terra. Il progetto "Pale Red Dot" aveva l'ambizioso compito di fare chiarezza sulla possibile esistenza di un pianeta attorno a Proxima Centauri, mostrando allo stesso tempo i modi e i criteri con cui viene effettuato un serio studio scientifico. Dopo mesi di lavoro e di successivo silenzio stampa, nel momento in cui è stato compilato e sottoposto a verifica il report sull'analisi dei dati raccolti, possiamo dire di avere molto più chiara la situazione.

Proxima Centauri b e il confronto con il Sistema Solare

Attorno a Proxima Centauri, la stella a noi più vicina, esiste con ogni probabilità un pianeta roccioso poco più massiccio della Terra, che orbita a pochi milioni di chilometri dalla stella, in appena 11.2 giorni. Poiché Proxima è un astro molto debole, il pianeta, nonostante sia a una distanza inferiore a quella di Mercurio dal Sole, si trova nella fascia di abitabilià e potrebbe quindi ospitare acqua liquida in superficie. Non solo, quindi, abbiamo trovato un pianeta attorno alla stelle a noi più vicina, ma questo si trova alla giusta distanza, tale da poter consentire temperature accettabili per l'esistenza di acqua liquida, quindi condizioni propizie per l'esistenza di forme di vita così come le conosciamo.

Di più, però, non possiamo dire. Come in quasi tutte le circostanze, non riusciamo a vedere direttamente il pianeta, ma ne abbiamo dedotto le sue proprietà in base alle perturbazioni, piccolissime, che esercita sulla stella attorno alla quale orbita. Non sappiamo come sia fatta la sua atmosfera, quali composti ci sono, né se effettivamente possa essere ospitale come la sua posizione orbitale lascerebbe supporre. Non conosciamo la temperatura, il raggio, la densità. Le uniche similarità con la Terra sono una massa paragonabile e una posizione orbitale tale da consentire temperature potenzialmente simili. Su quest'ultimo punto, però, non dobbiamo fare confusione e leggere bene la frase: l'avverbio "potenzialmente" suggerisce che esiste la possibilità di avere temperature miti, ma che questa non è l'unica soluzione possibile. Anche la Luna si trova ben all'interno della zona abitabile del Sistema Solare, eppure è molto diversa dalla Terra, con temperature che oscillano tra i +120 e i -100°C. Finché non riusciremo a studiare l'atmosfera di questo pianeta non potremo dare certezze, ma fare solo speculazioni sulle sue proprietà. E le speculazioni, a questo punto della nostra conoscenza, non sono neanche positive. Il pianeta, con buona probabilità, ha un periodo di rotazione sul proprio asse uguale a quello di rivoluzione, quindi mostra alla propria stella sempre la stessa faccia. Questo significa che un emisfero è sempre illuminato (quindi molto caldo) e un altro sempre al buio (quindi freddo), che potrebbero esserci anche forti venti nella sua atmosfera (se ne possiede una). Le stelle nane rosse, come Proxima, sono poi famose per essere irrequiete e originare tempeste migliaia di volte più intense di quelle che può produrre il Sole: se questo pianeta non dovesse avere un forte campo magnetico (difficile se la sua rotazione è bloccata), la sua superficie ha più probabilità di essere sterile quanto quella lunare che di avvicinarsi a quella terrestre. E' quindi meglio calmare gli entusiasmi e non avventurarsi in voli pindarici che potrebbero avere scarsa attinenza con la realtà. Questo, naturalmente, non significa smettere di sognare, anzi...

Anche se per ora non sappiamo molto, si tratta di una scoperta importantissima, perché grazie alla sua vicinanza questo sarà uno dei pochi pianeti che potremo studiare in dettagio con la prossima generazione di telescopi e perché, e questo è il grande sogno, potremo persino disporre in tempi umani di una tecnologia in grado di raggiungerlo per poterlo studiare da vicino. E sebbeme Proxima non sia visibile a occhio nudo, e tutto il sistema di Alpha Centauri non si possa osservare dalle nostre latitudini, d'ora in poi in questa enorme cupola oscura che compare ogni notte potremo alzare lo sguardo e sentirci meno soli, meno unici, meno eccezione e più regola. Perché essere eccezionali può scatenare sul breve periodo una euforica sensazione, di ma alla lunga logora. E dopo centinaia di migliaia di anni, l'Homo Sapiens è pronto per scoprire l'eccezionale normalità del pianeta sul quale vive e della materia di cui è fatto.

Per approfondire: 
Il comunicato stampa di ESO
L'articolo di Nature
L'articolo scientifico originale
Il progetto Pale Red Dot

"Osserviamo" un pianeta extrasolare

Tra alti e bassi mi occupo di pianeti extrasolari ormani da quasi nove anni e, durante tutto questo tempo in giro per l'Italia a fare conferenze e a scrivere libri e articoli, c'è sempre stata una costante che mi ha dato ulteriore forza per continuare: l'entusiasmo delle persone che incontravo, l'emozione nello scoprire quanti altri pianeti conosciamo e lo stupore nell'apprendere che anche gli astronomi dilettanti possono, con la giusta tecnica, "osservare" un pianeta extrasolare con il proprio telescopio o scoprirne addirittura uno. 

Un transito planetario ideale

Iniziai a occuparmi di questa branca della ricerca da autodidatta (l'università certe volte non è proprio efficiente), poi finii per collaborare con diversi professionisti sparsi per il mondo, fino ad arrivare alla scoperta del transito di HD17156b, che allora fece scalpore perché era il pianeta con il periodo transitante più lungo mai scoperto e per di più fu rivelato con una strumentazione amatoriale, dal tetto della mia casa (anche qui l'università era non pervenuta, nonostante frequentassi il corso di laurea in astronomia). Era un'altra epoca: Kepler, il cacciatore di pianeti, sarebbe stato lanciato solo due anni dopo e a occuparci della scoperta di questi lontani mondi eravamo molto meno della flotta di professionisti che in questi anni si è catapultata su uno dei temi più affascinanti e intriganti dell'astrofisica moderna. 

Come forse molti di voi già sanno, i pianeti extrasolari, tranne alcune estreme situazioni, non si scoprono con un'immagine diretta. Questi si rivelano attraverso i cosiddetti metodi indiretti, osservando gli effetti che un corpo celeste, a causa della sua forza di gravità, esercita sulla stella attorno alla quale orbita. Tra i diversi metodi dosponibili, quello dei transiti fornisce i risultati più precisi e richiede la strumentazione meno complicata di tutti.
Che cos'è un transito? In pratica, quando la nostra linea di vista di trova quasi perfettamente lungo il piano orbitale del pianeta, questo, a intervalli regolari, apparirà transitare di fronte al disco della propria stella, togliendone un pezzettino della propria luce. Ecco quindi spiegato come possiamo "osservare" un pianeta extrasolare: monitorando la luce della stella in funzione del tempo, un transito produce un calo di luminosità dalla forma caratteristica e la cui profondità dipende dal rapporto tra la superficie della stella e del pianeta. 

Con questa frase in pratica ho rivelato anche il più grande vantaggio della tecnica dei transiti: solo con questa, infatti, è possibile scoprire in modo esatto alcuni dati fondamentali del pianeta, tra cui il raggio, la massa e la sua densità media, nonché l'inclinazione orbitale (magari aiutandoci anche con l'altro metodo molto usato, quello delle velocità radiali). E' proprio con questa tecnica che Kepler ha potuto scoprire oltre 3000 pianeti, alcuni dei quali estremamente interessanti dal nostro punto di vista, perché potenzialmente simili alla Terra.

Questo, però, non è uno dei tanti post divulgativi che ho fatto in merito, piuttosto uno stimolo rivolto a tutti i curiosi che vogliono capire come in pratica si rivela la presenza di un pianeta extrasolare in transito.

Quanto sto per dire è un piccolo estratto modificato del mio libro "Come rivelare esopianeti con il proprio telescopio", che consiglio di leggere a chiunque sia interessato a questa branca della ricerca astronomica.

La rivelazione di un transito già noto inizia con un'attenta programmazione della sessione di fotometria. In pratica l'obiettivo è riprendere la stella attorno alla quale si trova il pianeta per tutta la durata del transito, nel modo più preciso possibile. La strumentazione utilizzata è alla portata di qualsiasi astronomo dilettante: un telescopio newtoniano da 25 cm, una montatura equatoriale EQ6, una  camera CCD con sensore monocromatico, senza porta antiblooming, SBIG ST-7XME, che ormai si trova usata a un costo inferiore a quello di una reflex di medio livello, e un filtro passa infrarosso da 700 nm per escludere gli effetti atmosferici legati alle basse lunghezze d'onda (estinzione e rifrazione differenziale). 

Mi sono quindi scelto il pianeta che volevo rivelare, in questo caso TrEs-4, ho letto le effemeridi e ho iniziato a fare delle esposizioni di luce da un'ora prima a circa un'ora dopo il previsto transito. Requisito delle esposizioni: più lunghe di 60 secondi per ridurre il disturbo atmosferico, ma non troppo lunghe da saturare la stella da studiare (nel caso si può anche sfocare per allargare la PSF stellare sul CCD). Conteggi di picco consigliati: tra 30 e 40 mila, su una dinamica di 16 bit. Prima dell'inizio della sessione ho acquisito i flat field (fondamentali) e i dark  frame. Tutto qui.

In fase di elaborazione, invece di applicare tutta la marea di filtri e operazioni che necessitano le fotografie estetiche, ho solo aperto la serie di scatti alla stella e li ho calibrati con un master dark frame e un master flat field. Nessun allineamento, nessuna media, nessun filtro. I nostri dati sono pronti e possiamo, insieme, vedere come estrarre un'informazione fotometrica estremamente precisa (dell'ordine del millesimo di magnitudine) che ci permetterà di osservare l'impronta lasciata dal nostro pianeta sulla luce della propria stella.

 Cominciamo allora con lo scaricare i dati fotometrici che ho acquisito durante quella serata a questo indirizzo: http://www.danielegasparri.com/TrEs-4\_transit.zip 

Sono stato gentile e nella cartella "calibrated" ho fornito già le immagini calibrate con master dark frame e master flat field. Per chi volesse divertirsi nella calibrazione delle immagini grezze, nel file scaricato è presente tutto, compreso un readme che spiega brevemente come usarle. Bene, ecco i passaggi da fare sulle immagini calibrate. Per semplicità considero il software MaxIm DL, molto usato dagli astrofotografi e che si può scaricare e usare gratis per 30 giorni qui. Chi volesse fare le cose per bene dovrebbe usare il pacchetto IRAF, disponibile gratuitamente (per linux) e utilizzato dai professionisti di tutto mondo.

In ogni caso, l'obiettivo è solo uno: per ogni immagine bisogna misurare la luminosità (strumentale) della stella che mostra il transito e di almeno altre 4-5 stelle con le giuste caratteristiche. Queste serviranno come riferimento, ovvero saranno usate come lampade standard rispetto a cui normalizzare la luminosità della stella che mostra (o dovrebbe mostrare) il transito planetario. In che modo? Si sommano le luminosità delle stelle di riferimento e poi si prende la luminosità della stella che ci interessa e la si divide per il risultato della somma, per ogni immagine della nostra sequenza. Perché fare una cosa tanto complicata? Perché la luminosità di un oggetto, in un mondo imperfetto come il nostro, dipende dalle condizioni atmosferiche, dall'altezza sull'orizzonte, dalla risposta dello strumento. Se vogliamo quindi una misura assoluta dovremo considerare tutte queste variabili e complicarci moltissimo la vita. Poiché però a noi interessa solo mostrare come varia la luce della stella in funzione del tempo, possiamo risparmiarci tutta questa complicata analisi e misurare l'andamento della luminosità, in unità arbitrarie, rispetto a una serie di stelle angolarmente molto vicine e non variabili, che quindi subiscono tutti gli stessi effetti nefasti dell'atmosfera e della strumentazione. La cosa meravigliosa di questa tecnica è che le misure diventano molto precise (e più semplici!). Quanto precise? al punto da mostrare la diminuzione di luce prodotta da una mosca che passa di fronte a un lampione stradale: niente male, no?

Bene, per chi possiede MaxIm DL ecco cosa fare in concreto:

• Aprire tutte le immagini della sequenza in Maxim DL;
• Aprire la schermata per la fotometria differenziale (Analyze --> Photometry);
• Selezionare new object e cliccare sulla stella con l'esopianeta in transito. A questo punto dobbiamo aggiungere le reference star come riportato nella figura sottostante. Ogni volta che si seleziona una stella, verificare la sua luminosità di picco nella finestra Information. Le reference star sono le stelle di riferimento appena descritte per vedere come (e se) varia la luminosità del nostro astro in funzione del tempo. In questo caso fidatevi della mia scelta perché ho provveduto a controllare che tutte le reference abbiano giusta luminosità, giusti colori e mancanza di variabilità (ma potete provare a cambiare!);
• Impostare le seguenti aperture fotometriche (click con il tasto destro su una parte qualsiasi dell'immagine): Aperture radius = 6, Gap Width = 6, Annulus Thickness = 8. Queste servono per stimare l'intensità netta delle stelle (dette anche magnitudini strumentali), escludendo il contributo del fondo cielo, che viene misurato nell'anello esterno delle aperture;
  
  
  
  
  
• Visualizzare il grafico (View Plot) . Ecco il transito, ben evidente, di un pianeta extrasolare. Non lo vediamo? Eppure c'è! Magari andiamo su Plot Settings e nascondiamo la visualizzazione delle curve di luce delle stelle di riferimento, per lasciare attiva solo quella del nostro oggetto. Vedete la luminosità della stella che a sinistra inizia a diminuire, poi si mantiene stabile e nella parte estrema destra ritorna a crescere? Questa forma trapezoidale è proprio l'impronta tipica di un corpo celeste oscuro che transita di fronte alla propria stella, un po' come accade nel nostro Sistema Solare durante i transiti di Mercurio e Venere. Stiamo osservando davvero una specie di eclisse che si verifica a centinaia di migliaia di miliardi di chilometri di distanza! Non sarà una bellissima foto, ma questo grafico, a me, comunica un'emozione che nessun altro bello scatto è riuscito a regalare in venti e più anni di astronomia. Difficile credere che tutto questo derivi da immagini esteticamente brutte come quelle appena analizzate, vero? Bene, abbiamo imparato una cosa fondamentale, che ci serve anche nella vita di tutti i giorni: le cose più preziose sono spesso nascoste all'apparenza. 
  
  
  
  
  
    Non è ancora finita. Facciamo un'altra prova: Cosa succede se come Obj1 si seleziona la stella indicata dalla freccia nella figura seguente al posto dell'astro che ospita l'esopianeta in transito? Com'è la curva di luce di questo astro? E' costante oppure mostra un andamento periodico simile a quello di una sinusoide? Ecco, abbiamo appena scoperto anche una nuova stella variabile (calmate gli entusiasmi, l'ho scoperta io ed è già registrata da diversi anni a mio nome!)
  
  
  
  
  
• Provare a cambiare, a piacimento, aperture e stelle di riferimento per comprendere come varia il grafico. E' possibile migliorarne la precisione, o la combinazione suggerita è la migliore per estrapolare tutto il segnale raccolto?
  
  
  Queste che abbiamo eseguito sono solo le operazioni preliminari che servono a vedere in modo grossolano se il transito c'è oppure no. In realtà questa curva di luce un po' rozza ancora deve essere ripulita un po' e modellata perché contiene una miriade di dati in merito alle proprietà fisiche e orbitali del nostro pianeta.
  
  

  

  La curva di luce sistemata e "fittata" dalla quale si possono ricavare molte informazioni sul pianeta.

Nuovo libro: Come rilevare esopianeti con il proprio telescopio

Allora, il calcolo preciso in questo momento mi sfugge, ma secondo le ipotesi più accreditate questo dovrebbe essere il libro numero 31. Ma, conteggi a parte, vediamo di cosa si tratta.

Intanto, se non avete voglia di leggere tutto il papiro che segue, vi dico subito che il libro si può acquistare solo su Amazon, seguendo questo link.

Chi mi segue su facebook avrà già saputo che in queste ultime settimane mi sono dedicato alla redazione di un manuale, dedicato agli astrofili, che si pone un obiettivo molto ambizioso: rilevare con strumentazione amatoriale, anche molto economica, pianeti extrasolari in transito di fronte al disco delle loro stelle. No, non è fantascienza, anzi, è una delle più grandi sorprese e opportunità che ci regala la moderna tecnologia digitale e i telescopi sempre a più buon mercato.

L'unico manuale completo per rilevare esopianeti

Qualcuno spesso mi ha chiesto, un po’ scettico, se fosse realmente possibile per un astrofilo rilevare l’impronta di un pianeta esterno al sistema solare e se questo non fosse appannaggio esclusivo dei mastodontici telescopi professionali.

La mia risposta, sintetica ma efficace è quasi sempre la stessa: è possibile perché io ne ho scoperto uno di pianeta extrasolare con un telescopio newtoniano cinese da 25 cm comprato usato a 300 euro e una camera CCD composta da meno di mezzo milione di pixel (sì, meno di 0.5 MP!). Era il 2007, quando in contemporanea a un astro astrofilo, Claudio Lopresti, fummo i primi italiani e i primi amatori in assoluto a scoprire il transito di un pianeta extrasolare, HD17156 b.

In quel periodo sviluppai una tecnica di acquisizione e riduzione dei dati che in teoria potrebbe permettere di rilevare o scoprire pianeti extrasolari addirittura simili alla Terra attorno alle stelle rosse di classe M. Ora, a distanza di tanto tempo, ho deciso di raccogliere tutte quelle conoscenze in un manuale, prima che la mia memoria cominci a cancellarle per fare posto ad altri ricordi.

Il libro è diviso in due parti e ha un duplice scopo: la prima parte è introduttiva e cerca di dare delle basi scientifiche rigorose, compreso il linguaggio, che dovrebbero accompagnare qualsiasi lavoro di ricerca. Non fatevi spaventare; è un linguaggio leggermente diverso rispetto a quello comunemente parlato, ma, oltre a essere semplice, ha il dono di essere chiaro e preciso, limitando al minimo le interpretazioni; qualcosa che potrebbe servirci anche nella vita comune per migliorare il nostro potere comunicativo e la nostra interpretazione della realtà!

La seconda parte, molto più descrittiva, affronta passo-passo la tecnica di acquisizione e riduzione dei dati. Per la fotometria differenziale ho scelto di illustrare il funzionamento di IRIS, perché gratuito, e Maxim DL perché estremamente semplice (fa fotometria in meno di un minuto!), ma naturalmente si possono ottenere curve di luce con qualsiasi altro programma. Vedrete che la strumentazione richiesta e la tecnica di acquisizione ed elaborazione sono molto più semplici di quanto sia richiesto per ottenere una buona fotografia del profondo cielo e alla fine si tratta solo di prendere la mano con un mondo, quello della ricerca, estremamente affascinante e, in questo caso, anche relativamente semplice.

Qualche passaggio, forse, potrebbe non essere di immediata comprensione, ma questo non è un libro divulgativo da leggere sotto l'ombrellone; è un manuale da studiare e comprendere fino in fondo, perché il gioco, sebbene divertente, questa volta è serio e non è possibile fare ricerca, anche con strumentazione amatoriale, senza sapere cosa si sta cercando e come farlo. E alla fine è proprio questo il bello della ricerca, ciò che la eleva al di sopra di molti divertimenti più semplici ma anche più effimeri: la possibilità di essere consapevolmente protagonisti, e non più semplici spettatori passivi, del progresso del genere umano e della nostra conoscenza dell'Universo.

Il manuale è disponibile al momento solo in versione cartacea a un prezzo molto vantaggioso: meno di 10 euro ed è l’unica guida completa sull’argomento disponibile in lingua italiana.  

Si può acquistare solo su Amazon, seguendo questo link.

A questo link è possibile scaricare un estratto gratuito in PDF del libro che mostra la prefazione, l’indice, l’introduzione e una parte del capitolo sulla tecnica di ripresa; giusto per stuzzicare la vostra voglia di nuove emozioni e sfide che potrebbero far entrare il vostro nome nella storia dell’astronomia.