Ancora su KIC 8462852, ancora una sorpresa

Il processo di conoscenza della Natura, in particolare dell'Universo, ha alcuni aspetti molto interessanti che dovrebbero essere di esempio anche nella vita di tutti i giorni. Qualsiasi sia l'ambito di indagine: scientifico, sociologico, politico, economico, la realtà è una figura talmente complessa che per essere descritta con un'accettabile accuratezza ha bisogno di essere osservata per molto tempo e da diversi punti di vista. Non è una possibilità, è un obbligo. E' un processo delicato che richiede tempo, metodo e soprattutto una certa forza di volontà per non cadere in conclusioni rapide quanto incomplete o, con una parola: demagogiche.

Quando si vuole arrivare alla verità, senza lasciarsi condizionare dalle forti correnti che di continuo provano a travolgerci, sono due le regole fondamentali che ci impediscono di naufragare:
1) Mai essere troppo sicuri di qualcosa al punto di non comprendere (o accettare) nemmeno le obiezioni degli altri o di sentirsi appagati e smettere di cercare;
2) Mai lasciare che l'orgoglio ci impedisca di cambiare idea alla luce di nuove indagini. Questo è un punto delicato. Ci hanno insegnato nel nostro passato di bambini prima e adolescenti poi, che un uomo forte e sicuro di sé è colui che si fa un'idea e la porta avanti contro tutto e tutti. Non c'è nulla di più sbagliato: una persona forte è colei che non smette mai di mettere alla prova le proprie convinzioni, che si mette di continuo alla prova ed è sempre pronta a cambiare idea quando la realtà dei fatti diventa incompatibile con le proprie teorie.
Cosa c'entra tutta questa strana premessa con la stella  KIC 8462852? Al momento sembrerebbe poco, ma tra non molto sarà tutto più chiaro.

Solo pochi giorni fa, un interessante articolo dell'astronomo Schaefer mise in evidenza un fatto osservativo sorprendente in merito alla misteriosa stella KIC 8462852, l'astro che ha mostrato rapide, casuali e profonde diminuzioni della propria luce alle osservazioni del telescopio spaziale Kepler.
Schaefer, analizzando gli archivi fotografici storici di Harvard, aveva costruito una curva di luce su un intervallo di 100 anni ed era arrivato alla conclusione che la stella KIC 8462852 non solo mostrava diminuzioni di luce su scala giornaliera, ma nell'ultimo secolo aveva diminuito costantemente la propria luminosità. Questo, per una stella di sequenza principale di tipo F, è un aspetto sorprendente e del tutto inaspettato, che portava ben oltre il limite tutte le ipotesi, già traballanti, che erano state fatte per spiegare i rapidi cali di luminosità osservati da Kepler.

Mappa per l'identificazione di  KIC 8462852

L'idea di Schaefer di osservare nei dati storici il comportamento di questa stella è stata geniale e i risultati a cui era arrivato sono sembrati straordinari, forse persino troppo. Tutto però sembrava tornare: la curva di luce della stella KIC 8462852, confrontata con quelle di altre due stelle di controllo del campo, mostrava una diminuzione sistematica ben oltre l'errore fotometrico e con un trend che le due stelle di paragone non avevano. La conclusione, quindi era palese: KIC 8462852 aveva diminuito la propria luminosità in modo sorprendente e non spiegabile nell'ultimo secolo, forse negli ultimi secoli. L'apparato che supportava la tesi sembrava solidissimo, ma qui entra in gioco la prima regola, che nel linguaggio fisico implica solo una cosa: continuare a indagare e mettere alla prova ogni precedente affermazione.
 
A distanza di pochi giorni è stato pubblicato un altro articolo che fornisce nuovi dati e giunge a una spiegazione alternativa e piuttosto convincente alla diminuzione della luce osservata da Schaefer nella curva di luce secolare di KIC 8462852. L'articolo, al contrario di quello di Schaefer, è ancora una bozza che non è stata pubblicata su nessuna rivista, quindi non ha ancora subito il vaglio severo dei cosiddetti "peer review". Ogni articolo pubblicato su riviste del settore deve infatti essere prima letto e controllato da uno o più ricercatori che si occupano dello stesso campo di indagine. Solo dopo un loro parere oggettivo, gli editori decidono se pubblicarlo o rifiutarlo.
Con queste dovute precauzioni, la conclusione a cui sono arrivati Michael Hippke, Daniel Angerhausen è in un certo senso sorprendente: la diminuzione di luce osservata è probabilmente da imputare a qualche errore strumentale e non a fattori intrinseci alla stella. Insomma, probabilmente si è trattato di un errore fotometrico e tra poco cercheremo di comprenderlo meglio.

Non chiamateli ignoranti o stupidi, primo perché sono scienziati che conoscono molto bene il proprio campo e meritano rispetto, secondo perché stupido è solo colui che continua a sostenere la propria tesi anche quando tutte le condizioni mostrano il contrario. La Natura si conosce spesso per errori, per sbagli, per veri e propri abbagli, che hanno la forza di impartirci continuamente severe lezioni su quanto sia importante il metodo scientifico e la continua ricerca della verità, anche quando irrazionalmente ci sentiamo già convinti di averla trovata. Il confronto e le discussioni, sempre civili, con altre persone interessate allo stesso argomento è spesso un'arma di incredibile efficacia per arrivare a un obiettivo comune: conoscere la realtà in modo oggettivo, non per imporre le proprie convinzioni o far crescere il proprio ego. Questa è un'altra lezione che ci insegna la scienza e che non dovremo mai dimenticare.

Hippke e Angerhausen hanno ripreso in mano tutti i dati fotometrici storici analizzati da Schaefer e sono arrivati alle sue stesse conclusioni: KIC 8462852 sembrava aver diminuito la propria luminosità di 0.16 magnitudini nell'ultimo secolo. A partire da questo dato di fatto hanno cercato di andare più a fondo per capire se i dati fotometrici potessero nascondere un'altra piccola sfaccettatura della realtà. Hanno selezionato qualche decina di stelle della stessa classe spettrale di KIC 8462852, non troppo distanti, e hanno fatto la scoperta: 18 delle 28 stelle mostrano una sistematica diminuzione di luce di una quantità simile a KIC 8462852, il 64%. Come se non bastasse, molte di queste mostrano un salto di luminosità tra la serie di dati degli anni 40 e quelli degli anni 70.

Curva di luce di KIC 8462852, a sinistra, e di un'altra stella di classe F, a destra costruite dagli archivi storidi di Harward da parte di Hippke e Angerhausen. Entrambe sono state corrette per la diminuzione di 0.16 magnitudini osservata e mostrano un comportamento simile. Inoltre, è evidente il salto in luminosità che hanno subito tra le due serie di dati. Comportamenti simili hanno coinvolto il 64% delle stelle di classe F nei pressi di KIC 8462852.

 
A questo punto le conclusioni possibili sono due:
1) Gran parte delle stelle di classe F del campo inquadrato da Kepler ha variato di luminosità nell'ultimo secolo allo stesso modo, con un salto di circa un decimo di magnitudine nello stesso periodo di tempo;
2) Si tratta di un errore strumentale. Per qualche motivo, da ricercare nella diversa risposta delle lastre fotografiche (si utilizzavano queste fino almeno agli anni 90!), dei filtri o del processo di calibrazione fotometrica, si è generato un errore sistematico che ha afflitto in modo particolare le stelle di classe F, probabilmente in modo legato quindi al colore degli astri.

Ora, richiamando la regola numero 2, cerchiamo di abbandonare l'orgoglio e il desiderio, che ci hanno fatto amare l'idea di una stella dal comportamento eccezionale che nell'ultimo secolo ha mostrato qualcosa che nessun astro dell'Universo ha fino a questo momento mostrato ai nostri strumenti. Guardiamoci tranquilli allo specchio e chiediamoci: alla luce dei nuovi dati, qual è la spiegazione più probabile? 
Non c'è dubbio: per quanto ne sappiamo ora, se il lavoro di Hippke e Angerhausen è stato fatto bene (e qui, per ora, dobbiamo fidarci in attesa della revisione dei peer review) l'ipotesi più probabile è che KIC 8462852 è sì una stella peculiare, che ha mostrato al telescopio Kepler episodi di variabilità su breve scala temporale non spiegabili e assolutamente reali, ma non è l'oggetto sconvolgente che era uscito fuori dalle analisi di Schaefer. La diminuzione di luminosità osservata nell'ultimo secolo con molta probabilità non è reale ma frutto di un errore strumentale che ha affetto gran parte degli astri dello stesso tipo presenti nelle lastre fotografiche storiche.

Come avevo intuito nel precedente post, la storia su KIC 8462852 si è arricchita già di una nuova, sorprendente puntata, un colpo di scena scientifico degno delle migliori serie tv americane. Sarà questo l'ultimo atto? Certo che no. Diversi gruppi di ricerca stanno approfondendo in questi giorni i risultati di Hippke e Angerhausen, proprio come questi hanno fatto con il lavoro di Schaefer. Ci saranno nuove osservazioni e studi e probabilmente i colpi di scena non sono finiti. Chi ha detto che la scienza è noiosa?

KIC 8462852: il mistero si infittisce

Per chi non se lo ricorda, KIC 8462852 è stato senza dubbio uno dei misteri astrofisici più importanti del 2015. Una normalissima stella di sequenza principale e di classe spettrale F3, come ce ne sono tante nell'Universo, ha mostrato agli occhi molto sensibili del telescopio spaziale Kepler delle improvvise e imprevedibili diminuzioni della propria luce, anche fino al 20%. Furono molte le ipotesi proposte per spiegare quel comportamento unico, tra cui anche le più fantasiose che riguardavano la possibile presenza di una mega struttura aliena con l'obiettivo di sfruttare l'energia della stella. Chiamata sfera di Dyson, quest'affascinante ipotesi era interessante non per il fatto in sé, quanto piuttosto perché testimoniava il grosso buio interpretativo degli astronomi in merito a quanto era stato osservato.

Una famiglia di comete? Probabilmente no.

A distanza di qualche mese le cose sembravano essere leggermente meno fumose. Le sensibili antenne del SETI avevano fallito nel rivelare qualsiasi comunicazione di intelligenze extraterrestri, allontanando la già remota possibilità che quelle imprevedibili diminuzioni di luce fossero dovute a enormi strutture artificiali. Allo stesso tempo erano state confermate tutte le misurazioni di Kepler, dando più forza a un'ipotesi che era già stata avanzata tempo prima: un immenso sciame di comete era transitato di fronte al disco della stella durante le osservazioni del telescopio spaziale e aveva creato quelle diminuzioni di luce casuali e repentine osservate. Il mistero, quindi, stava per essere risolto, ma nella scienza le sorprese sono sempre dietro l'angolo.

Un nuovo studio pubblicato il 13 Gennaio scorso dall'esperto astronomo Bradley E. Schaefer e accessibile a questo link, sembrerebbe rimescolare le carte e distruggere le flebili certezze che si stavano timidamente affacciando. Schaeder ha fatto un enorme lavoro di ricerca, andando a scovare in tutti gli archivi fotografici del passato il campo stellare di KIC 8462852, che ha la fortuna di trovarsi in una porzione di cielo (tra Cassiopea e il Cigno) che è stata osservata con continuità da ogni programma di ricerca nel visibile, dall'invenzione delle lastre fotografiche a oggi.

E infatti Schaefer ha ottenuto preziosissime informazioni fotometriche su un periodo temporale di ben 99 anni, dal 1890 al 1989, decisamente maggiore del tempo di osservazione di Kepler, limitato a circa 3 anni.

100 anni di variazioni di luminosità di KIC 8462852 (punti blu)

La costruzione e successiva interpretazione dei dati non lascia scampo: la stella KIC 8462852 non ha subito variazioni di luminosità solo nel periodo di osservazione di Kepler, ma nell'ultimo secolo ha diminuito sistematicamente la propria luminosità di quasi 2 decimi di magnitudine. Sebbene la limitata risoluzione in luminosità e tempo della curva di luce secolare non permetta di riconoscere i repentini cambi di magnitudine osservati da Kepler, lo studio di Schaefer ci rivela una stella dal comportamento davvero unico, che sta subendo qualche fenomeno fisico che ne attenua in modo sistematico la luminosità sul grande periodo temporale e la fa variare in modo imprevedibile su scale più brevi. E' una variabilità che potrebbe andare avanti da diversi secoli, se non millenni, e che quindi presuppone un fenomeno fisico molto più complesso, stabile e duraturo di quelli finora ipotizzati.

Calcoli alla mano, infatti, se la diminuzione della luce fosse dovuta al transito di oggetti cometari organizzati in gruppi più o meno folti, per giustificare una diminuzione di luce che va avanti da oltre un secolo servirebbero circa 648 mila comete giganti di oltre 200 km di diametro, ben organizzate nel passare di fronte alla propria stella proprio nell'ultimo secolo, tutte sullo stesso piano orbitale. Per confronto, la cometa più grande conosciuta nel Sistema Solare è la Hale-Bopp, con un diametro di circa 60 km. Come se non bastasse, la massa di tutte le 648 mila comete dovrebbe essere quasi la metà di quella della Terra, 4 volte superiore alla massa stimata di tutti gli oggetti della nostra fascia di Kuiper. Schaefer si chiede come sia possibile spiegare in questi termini una diminuzione di luminosità che potrebbe andare avanti anche da ben più di un secolo.

Ora, tutto è possibile, certo, ma l'ipotesi che al momento era la preferita tra gli scienziati, ovvero la presenza di un folto gruppo di comete, sembra vacillare non poco e perdere diverse posizioni. Il problema è che non si ha la più pallida idea di quali ipotesi al momento potrebbero guadagnare credito; su questo punto neanche Schaefer si sbilancia.

Se la diminuzione di luce osservata da Kepler fosse dovuta ad esempio alla presenza di un disco compatto di polveri o di ammassi di polveri attorno alla stella, per giustificare la diminuzione della luce in un periodo di almeno un secolo si dovrebbe aumentare la quantità di polvere prevista attorno a KIC 8462852 tra 10 mila e 10 milioni di volte e giustificare il motivo della sua presenza, visto che nell'ultimo secolo sembra aver pure aumentato di densità! Di nuovo, questo è uno scenario che attorno a una stella di classe F, ormai con una certa età, non è mai stato osservato.

Il mistero, quindi, prosegue più forte che mai. Non resta che darci appuntamento alla prossima puntata, perché di sicuro ci sarà ancora molto di cui parlare di quest'oggetto unico.

"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.

Kepler-452b: un pianeta potenzialmente simile alla Terra (ma attenzione!)

La notizia era nell'aria da qualche settimana e prima o poi doveva accadere.
Al variegato zoo dei pianeti extrasolari, che conta migliaia di corpi di ogni tipo, dai gioviani caldi a sistemi in orbita attorno a stelle doppie, da giganti gassosi con anelli estesi milioni di chilometri a piccoli corpi rocciosi che quasi sfiorano la superficie della propria stella, si aggiunge un altra specie, la più rara ma anche la più ricercata: quella dei pianeti potenzialmente (davvero) simili al nostro. Prima di lanciarci in pericolosi voli pindarici, è mio dovere morale cercare di placare i facili entusiasmi e capire bene qual è la situazione.

Cominciamo dall'inizio.
La NASA qualche giorno fa aveva annunciato una conferenza stampa in cui si sarebbe data risposta a un'importantissima domanda. Ottime doti di comunicazione, non c'è che dire, che hanno creato una fortissima aspettativa, con dei rumors che alla fine si sono rivelati corretti.

Cosa è stato scoperto quindi?
La missione Kepler, che si trova nello spazio dal 2009 e che ha già scoperto migliaia di pianeti di ogni tipo, ha rivelato per la prima volta un pianeta non troppo diverso dalla Terra, che orbita, e questa è la grande novità, attorno a una stella quasi identica al Sole e si trova a una distanza molto simile rispetto al sistema Terra-Sole.

Kepler 452b è un corpo celeste vecchio di circa 6 miliardi di anni, quindi un miliardo e mezzo di anni più antico del Sistema Solare, che ruota in 385 giorni attorno a una stella dello stesso tipo del Sole, con medesima temperatura (circa 5500°C) e di poco più grande (circa il 10%).
Il pianeta si trova quindi in quella che è stata chiamata zona di abitabilità, una fascia orbitale che può potenzialmente permettere a un corpo celeste di avere temperature miti e acqua liquida in superficie. Attenzione che questo è un potenziale: anche Marte si trova nella fascia di abitabilità, eppure non ha né temperature miti né acqua liquida.

La scoperta di Kepler 452b è importante dal punto di vista psicologico. Circa il 60% più grande della Terra, con un'orbita simile e una stella quasi identica al Sole, rappresenta nell'immaginario collettivo il sogno di un pianeta gemello tanto desirerato ma finora mai realizzato.

Dal punto di vista scientifico, andando quindi oltre lo spettacolare annuncio della NASA, le cose sono meno chiare e di certo meno entusiasmanti, anche per la mancanza di dati su cui fare altre congetture.
Prima di gridare alla presenza di vita, infatti, c'è ancora molto da comprendere.
Prima di tutto occorre capire la massa, che dovrebbe essere attorno alle 5 volte quella della Terra. Il valore della massa potrebbe essere cruciale per stimare tipo e densità atmosferica, quindi comprendere se si tratta di un corpo solido, di un pianeta liquido, come probabilmente è Kepler-22b, l'ex gemello della Terra, o addirittura un corpo con uno spesso inviluppo gassoso che ha precluso qualsiasi sviluppo di vita.

Urlare al nostro gemello in questo momento appare quantomeno azzardato: anche Venere ha una massa quasi identica alla Terra, si trova nella zona di abitabilità (almeno secondo alcune definizioni un po' più elastiche) e ha un raggio di poche decine di chilometri inferiore, eppure è un infermo che rappresenta quanto di più lontano dalla vita potrebbe esserci.

Se non consideriamo la portata emotiva del periodo orbitale di 385 giorni, della stella fotocopia (o quasi) del Sole, in realtà Kepler-452b non ha ancora le carte per considerarsi il pianeta potenzialmente più ospitale per eventuali forme di vita. Di pianeti nella fascia di abitabilità, con dimensioni e masse più simili alla Terra, ne conosciamo già una decina, sebbene orbitanti attorno a stelle molto più piccole e fredde del Sole.

Kepler452-b è quindi un punto di partenza, una conferma scontata (ma sempre necessaria) alle ipotesi dell'esistenza di molti corpi celesti con caratteristiche orbitali simili alla Terra. E' un potenziale che può far riaccendere i nostri sogni di trovare altre forme di vita nell'Unverso, ma di certo è un gradino all'inizio di una ripida scalinata della quale ancora non vediamo alla fine, e che terminerà con la caratterizzazione di quel mondo e degli altri che nei prossimi anni di certo arriveranno.

Dovremo capire la sua massa esatta e per fare questo serviranno anni di osservazioni della stella madre per misurare lo spostamento che subisce a causa del pianeta. Ma questo non basterà di certo a capire cosa c'è veramente lassù, a 1400 anni luce di distanza. Servirà la prossima generazione di telescopi, non pronta prima di 5-10 anni, per cercare di osservarlo direttamente e, magari, ottenere lo spettro della sua atmosfera. In quel caso saremo vicini alla verità, perché la presenza di ossigeno, acqua, metano, clorofilla potrà confermare l'esistenza di un ecosistema; solo a quel punto potremo liberare questo urlo di gioia prigioniero nelle nostre gole e che vorrebbe uscire a tal punto da farci sognare già una bella spiaggia su Kepler-452b.

Per approfondire: http://www.nasa.gov/ames/kepler/kepler-452-and-the-solar-system

Kepler-186f: un (quasi) gemello della Terra

Da tempo si ipotizzava.
Da tempo tutti sapevano ma nessuno poteva formulare una frase senza condizionali o avverbi dubitativi. Bene, ora il concetto può essere riformulato in modo molto più diretto:
Nell'Universo esistono pianeti quasi identici alla Terra e potenzialmente in grado di ospitare un clima, quindi una biosfera, del tutto simili al nostro pianeta.
Come facciamo a saperlo?

Kepler-186f è il più simile alla Terra per massa e dimensioni

Perché, grazie ai dati ottenuti dal 2009 al 2013 dal telescopio spaziale Kepler, specializzato nello scovare pianeti extrasolari di taglia terrestre, è stato trovato il primo pianeta di dimensioni terrestri nel mezzo della fascia di abitabilità. Si chiama Kepler-186f e dista 500 anni luce. Nessuno lo ha visto direttamente, ma il pianeta esiste, eccome.

Bene, forse per apprezzare meglio queste poche righe dobbiamo fare un po' di chiarezza e procedere con ordine:

1) I pianeti extrasolari, ma questo forse lo sappiamo, sono troppo deboli e vicini alle proprie stelle per essere osservati direttamente, tranne in casi eccezionali che neanche ci interessano, perché si tratta di corpi simili a Giove e molto più caldi.
Ci sono però diversi modi per rilevare l'impronta di un pianeta e quasi tutti sfruttano la luce della stella attorno alla quale orbitano. Uno dei più promettenti è quello che prevede di catturare, se si verifica, il momento in cui la sagoma oscura del corpo celeste attraversa il disco della propria stella, provocando una microscopica diminuzione della sua luminosità: un evento chiamato transito.

2) Dopo anni in cui gli astronomi hanno scoperto centinaia di pianeti che nessuno immaginava nemmeno esistessero, come l'affollata categoria degli Hot Jupiter, finalmente la tecnologia, soprattutto con l'arrivo del telescopio spaziale Kepler, è stata in grado di rilevare corpi celesti più simili alla Terra quanto a dimensioni e masse.
Questo è un punto fondamentale, perché dopo aver provato che i pianeti sono comuni a molte stelle, la normale evoluzione della ricerca ci ha portato a capire se potessero esistere corpi simili alla Terra, quindi in grado di ospitare, potenzialmente, le condizioni adatte alla vita come la conosciamo.
Abbiamo capito che due condizioni necessarie per avere un corpo celeste somigliante alla Terra riguardano la massa e le dimensioni. Sappiamo che pianeti superiori già a poche volte la massa del nostro potrebbero non avere una superficie solida, trasformandosi in giganti gassosi simili a Urano e Nettuno. D'altra parte, corpi celesti troppo piccoli, come Marte o la Luna, hanno troppa poca massa per ospitare un'atmosfera spessa, anch'essa necessaria per qualsiasi processo biologico.
C'è poi un concetto fondamentale che completa, almeno in prima approssimazione, il quadro:

3) La zona di abitabilità. Un pianeta grande come la Terra, con una massa simile, quindi con la capacità di trattenere una spessa atmosfera, non garantisce affatto condizioni propizie per la vita e questo lo sappiamo da almeno 50 anni, quando le prime sonde atterrarono su Venere e scoprirono che poche decine di milioni di chilometri di distanza dal Sole avevano trasformato il nostro gemello quasi perfetto nella nemesi ideale, inadatto a qualsiasi forma di vita.

Quindi, tirando le conclusioni, e poiché noi conosciamo per ora solo la Terra come esempio di corpo celeste in cui è nata la vita, è da più di vent'anni che cerchiamo pianeti fuori dal nostro sistema solare simili quanto a massa e dimensioni e che si trovano alla giusta distanza dalla propria stella, in quella stretta zona orbitale in cui le condizioni potrebbero permettere all'acqua di restare liquida in superficie e alla vita di fiorire.

I più probabili pianeti abitabili fino a poche settimane fa

Fino a pochi giorni fa ne conoscevamo 20 di pianeti potenzialmente abitabili, alcuni, come Gliese 581g, molto simili alla Terra ma con un piccolo problema: non si sa ancora se esistono davvero o si tratta di errori strumentali.
Tutti gli altri, tra cui il più conosciuto è forse Kepler- 22b, sono certamente reali, ma hanno un piccolo problema: sono tutti più massicci del nostro pianeta, tra le 2 e le 20 volte e almeno il 40% più grandi.
In pratica, abbiamo osservato nella zona di abitabilità, fino a pochi giorni fa, solamente una classe di pianeti detti superterre: corpi celesti che nessuno ancora sa come sono fatti. Si pensa che i meno massicci potrebbero ospitare una superficie solida, magari inviluppata in una spessa atmosfera (più di quella terrestre, e questo potrebbe essere già un problema), mentre quelli oltre le 7-10 volte la massa del nostro pianeta è probabile siano molto più simili a corpi gassosi, sui quali è quindi impossibile trovare la vita come la conosciamo.
Insomma, benché avevamo cercato in lungo e in largo, fino a poco tempo fa mancava sempre un tassello al pianeta (quasi) perfetto.

Kepler186-f: il primo simile alla Terra nella fascia di abitabilità

Poi è arrivato l'annuncio della NASA del 17 aprile (2014) che ha permesso di fare un notevole balzo in avanti verso l'identificazione del nostro pianeta gemello.

Kepler-186f orbita attorno a una stella di classe M, una nana rossa molto comune nell'Universo (circa il 70% della popolazione stellare) più debole del Sole. E' vecchio forse più di 4 miliardi di anni ed è il più esterno di un sistema contenente altri 4 corpi celesti. Ha un diametro solamente il 10% superiore a quello del nostro pianeta, quindi si tratta, con ogni probabilità, di un corpo roccioso, senza i dubbi degli altri suoi "colleghi" scoperti fino ad ora.
A una distanza di circa 54 milioni di chilometri dalla propria stella, impiega 130 giorni per compiere una rivoluzione completa. Benché sia più vicino di Mercurio, l'astro attorno al quale orbita è molto più debole del Sole e Kepler-186f si trova quindi nei pressi del bordo esterno della sua zona di abitabilità.

E su questa frase, purtroppo, arrivano i primi dubbi in merito alle possibili condizioni superficiali. Anche Marte infatti si trova più o meno nella stessa posizione della fascia di abitabilità attorno al Sole ed è un pianeta sostanzialmente morto. Sarà così anche per Kepler-186f?
In termini un po' più tecnici, possiamo confrontare la quantità di radiazione stellare che giunge sui pianeti rispetto a quella terrestre e provare a tirare qualche conclusione, ben consapevoli che la nostra conoscenza è comunque limitata al nostro sistema solare.
Bene, Marte riceve il 43% del flusso che giunge sulla Terra e questo basta per trasformarlo in un deserto molto freddo. Su Kepler-186f giunge appena il 32% della radiazione stellare che sulla Terra ha messo in moto un meccanismo perfetto per l'esistenza di acqua liquida e il sostentamento di forme di vita.
Sono questo scenario, quindi, Kepler-186f potrebbe somigliare più a Marte che alla Terra.
L'unica possibilità per il pianeta di avere condizioni adeguate all'esistenza di acqua liquida in superficie è la presenza di una spessa atmosfera, molto più di quella terrestre, in grado di aumentare la temperatura di decine di gradi in conseguenza di un forte effetto serra. Un'ipotesi che grazie alla massa molto più somigliante a quella terrestre che a quella marziana, non sembra così remota, ma neanche scontata.
E' a causa di questo piccolo dettaglio che, nonostante il grande entusiasmo per il primo vero pianeta di taglia terrestre scoperto senza dubbi nella zona di abitabilità, gli astronomi sono molto cauti nel dire di aver scoperto il nostro gemello perfetto.
In effetti, se consideriamo come termine di paragone con la Terra non più le caratteristiche fisiche ma la posizione nella fascia di abitabilità, e stiliamo una classifica dei pianeti potenzialmente abitabili conosciuti, Kepler-186f si colloca solo al 17 esimo posto sui 21 attualmente disponibili.
Non abbiamo idea alcuna di quali siano le reali condizioni del pianeta, ma se fosse identico alla Terra, anche per quanto riguarda la composizione e lo spessore dell'atmosfera, quello che otterremo, con buona probabilità, sarà un mondo completamente ricoperto di ghiacci, con una temperatura media di qualche decina di gradi sotto lo zero.

Il catalogo aggiornato dei pianeti potenzialmente abitabili

La realtà è che, a parte la distanza dalla propria stella e le dimensioni, non sappiamo assolutamente niente delle reali proprietà di Kepler-186f e di tutti gli altri pianeti potenzialmente abitabili, quindi tutto quello che leggiamo e sentiamo in giro in merito alle effettive possibilità di acqua liquida e addirittura vita devono essere prese con le dovute precauzioni. L'entusiasmo è spesso il motore della scienza, ma guai a perdere lucidità.
Quello che per ora sappiamo è che Kepler-186f, così come altri pianeti nella fascia di abitabilità, come Kepler-62e, ad ora tra i corpi celesti meglio posizionati quanto a similarità con la Terra (considerando anche la quantità di radiazione ricevuta dalla propria stella e non solo le dimensioni), sono mondi sconosciuti che potrebbero ospitare le condizioni giuste per la presenza di acqua liquida e la conseguente evoluzione della vita. E' tuttavia un potenziale, una condizione necessaria ma non sufficiente che dovrà essere confermata o smentita con studi atmosferici che al momento non riusciamo ancora a condurre.
L'unica cosa che possiamo dire è che su Kepler-186f sono state puntate anche le antenne del SETI, con la remota speranza di ascoltare qualche trasmissione radio proveniente da eventuali specie evolute, ma tutto quello che si è sentito è stato solo silenzio.


Anche in questo caso, quindi, sembra ancora mancare un piccolo tassello prima di gridare a gran voce al nostro gemello perfetto ma è evidente, ora più di prima, che si tratta ancora una volta di una mera questione di tempo, perché ora ne abbiamo la certezza: pianeti di dimensioni terrestri sono molto comuni nell'Universo e possono esistere, senza problemi, nella zona di abitabilità delle proprie stelle. 
Probabilmente qualcuno potrebbe pensare alla scoperta dell'acqua calda, ma per una specie abituata per cultura, religione e probabilmente istinto a considerarsi unica, speciale e al centro dell'Universo, è un enorme aiuto avere delle solide prove per compiere un salto culturale senza precedenti: prendere coscienza di abitare su un pianeta estremamente comune, in una zona qualsiasi dell'Universo, attorno a una stella normalissima. La Terra allora potrebbe essere un pianeta qualsiasi su 15 e più miliardi che potrebbero popolare solamente la nostra Galassia.

Per approfondimenti:
Il mio libro sulla presenza della vita nell'Universo, che analizza in modo più approfondito i pianeti extrasolari abitabili scoperti fino ad ora e i vari progetti SETI (disponibile in formato ebook e cartaceo)

La notizia della scoperta di Kepler-186f sul sito del Planetary Habitability Laboratory:
http://phl.upr.edu/press-releases/firstpotentiallyhabitableterranworld

La notizia su Universe today:
http://www.universetoday.com/111319/kepler-has-found-the-first-earth-sized-exoplanet-in-a-habitable-zone/

Segnali radio da altri pianeti?

Come vi ho anticipato in un precedente post, vi parlo di una nuova affascinante branca della ricerca astronomica, reduci dai freschi brividi e dalle emozioni che spero di avervi ricordato parlando del famoso segnale wow! ricevuto il 15 Agosto 1977.

Il progetto SETI si occupa da molti anni della ricerca di eventuali segnali radio provenienti da civiltà extraterrestri intelligenti, scandagliando con potenti radiotelescopi il cielo notturno alla ricerca di un flebile segnale di chiara natura artificiale, che però, ad esclusione della controversa trasmissione del 1977, non è mai stato rilevato con certezza.

I segnali radio rilevati da due possibili sistemi planetari

Questo significa che non ci sono civiltà extraterrestri là fuori?
Oppure che nessuno comunica utilizzando le onde elettromagnetiche, di cui i segnali radio fanno parte?
Non abbiamo ancora prove per confermare o smentire queste congetture, ma un dato è sicuro: il cielo è davvero troppo grande per sperare di catturare un segnale radio intelligente puntando le nostre antenne a caso.

Questo in effetti è quello che ha fatto fino a poco tempo fa il progetto SETI: ha scandagliato zone di cielo più o meno casuali. Capite anche voi che fare una ricerca senza un minimo criterio su dove orientare i telescopi, ha più o meno la stessa probabilità di riuscita del puntare casualmente il vostro piccolo telescopio di notte e scoprire un nuovo pianeta.

Grazie alla nascita e all'imponente sviluppo della branca dell'astronomia che si occupa della ricerca dei pianeti extrasolari, ora il progetto SETI ha centinaia di potenziali obiettivi sui quali puntare le proprie antenne radio. E' molto più semplice, infatti, sperare di captare qualche comunicazione (voluta o meno) puntando quei sistemi stellari che già sappiamo possedere dei pianeti, magari simili, per dimensioni e massa, alla Terra.

Il progetto è iniziato ufficialmente nei primi mesi del 2011 e già in un paio di occasioni si sono ricevuti segnali che a prima vista potevano sembrare di origine extraterrestre, provenienti da KOI 817 e KOI 812. Queste due sigle indicano pianeti candidati scoperti dal telescopio spaziale Kepler (Kepler Object of Interest), ancora in attesa di conferme indipendenti.
Le antenne del SETI hanno ricevuto dei segnali piuttosto marcati e con una ristretta ampiezza di banda, proprio come ci si aspetta da una trasmissione di origine artificiale.
Ulteriori analisi hanno poi rivelato che con tutta probabilità si tratta di interferenze di natura terrestre, visto che i segnali captati sono identici per entrambi gli oggetti, caratteristica estremamente improbabile per due possibili pianeti extrasolari posti in diverse zone di cielo.

Questi due "falsi positivi" comunque hanno ufficialmente aperto una seconda fase per il progetto SETI, che dopo quasi 40 anni era arrivato allo stremo delle forze (meglio, dei fondi).
Visto che il numero di pianeti di taglia terrestre è destinato a crescere di molto nei prossimi anni, la seconda vita del SETI potrebbe rivelarsi molto più utile e speriamo fruttuosa rispetto agli anni precedenti.


Solamente nella nostra Galassia si stima ci siano circa 200 miliardi di stelle (che potrebbero essere anche 400 miliardi). Un recente studio di cui vi ho accennato in un precedente post, si è spinto a teorizzare che i pianeti di taglia terrestre potrebbero essere la regola nella Via Lattea.
Rilevare segnali radio provenienti da questi lontani mondi resta ancora estremamente improbabile (è necessaria una civiltà evoluta che comunica con le onde radio e che ha deciso di inviare un segnale nella nostra direzione, nel momento giusto), ma sono pronto a scommettere che nei prossimi anni le sorprese, almeno da parte di Kepler, non mancheranno di certo.

Ecco finalmente i primi pianeti extrasolari simili alla Terra!

Poche settimane fa il team che analizza i dati provenienti dal telescopio spaziale Kepler, il cui compito è quello di trovare pianeti simili alla Terra analizzandone gli eventuali transiti di fronte al disco stellare, ha annunciato la scoperta del primo pianeta extrasolare orbitante nel pieno della fascia di abitabilità della propria stella.

Kepler-22b è il primo extrasolare nella fascia di abitabilità

Per chi non lo sapesse, la fascia o zona di abitabilità identifica un anello intorno ad una stella all’interno del quale le condizioni di temperatura potrebbero consentire l’esistenza di acqua allo stato liquido ad eventuali pianeti, un ingrediente necessario per lo sviluppo della vita come la conosciamo.

La fascia di abitabilità è molto stretta, quindi la probabilità che un pianeta extrasolare si trovi proprio in questa posizione è molto bassa, soprattutto se consideriamo i metodi di indagine, che finora hanno consentito di scoprire principalmente pianeti molto caldi estremamente vicini alle proprie stelle.

Il telescopio Kepler fu lanciato nel 2009 proprio con l’intento di riuscire a scovare pianeti di dimensioni simili alla Terra, possibilmente all’interno della fascia di abitabilità. A causa dei disturbi introdotti dall’atmosfera terrestre è stato necessario porlo in orbita attorno al nostro pianeta, in una posizione in cui la grande sensibilità della strumentazione di bordo gli consente di effettuare osservazioni impossibili dalla superficie terrestre.

In meno di due anni di osservazioni, Kepler ha individuato finora oltre 1200 candidati pianeti, alcuni dei quali potrebbero essere molto simili alla Terra.

Il processo di verifica dei dati è lungo e richiederà molto tempo, ma mano a mano che i giorni scorrono, alcuni interessanti candidati pianeti vengono confermati e caratterizzati.

Kepler-20 e 20f sono i pianeti extrasolari più piccoli scoperti

Se Kepler 22b è stato il primo pianeta posto nel pieno della zona di abitabilità, con una massa però che lo pone sulla linea di confine tra un pianeta roccioso ed uno gassoso, Kepler-20f e Kepler-20e, la cui scoperta è stata appena annunciata, sono i pianeti più piccoli finora individuati, rispettivamente di 13190 km e 11000 km! Quest’ultimo (Kepler-20e) ha dimensioni addirittura inferiori rispetto al nostro pianeta e rappresenta il corpo celeste extrasolare più piccolo finora scoperto.

Purtroppo le orbite di questi due pianeti si trovano troppo vicino alla stella madre, tanto che la temperatura superficiale si pensa possa essere simile a quella di Mercurio (oltre 450°C), quindi teoricamente inadatti ad ospitare forme di vita.

La notizia però è estremamente importante perché dimostra che Kepler è in grado di individuare pianeti delle dimensioni della Terra. E’ solo quindi questione di tempo e pazienza prima che si possa trovare il nostro vero gemello.

Fa impressione pensare anche al progresso tecnologico: i pianeti scoperti in 15 anni sono poco più di 700, mentre Kepler ne ha identificati in meno di due anni oltre 1200, sebbene debbano essere ancora confermati per essere ufficializzati.

Un altro progresso importante riguarda le dimensioni dei pianeti che possiamo scoprire: fino a tre anni fa era impensabile la scoperta, soprattutto attraverso il metodo dei transiti, di corpi celesti più piccoli di Urano o Nettuno, mentre adesso riusciamo a “vedere” corpi rocciosi più piccoli della Terra.

Viviamo proprio in un’era veramente molto interessante per quanto riguarda il progresso tecnologico e scientifico!