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TESS: scoperto un esopianeta dalle caratteristiche sinora uniche

26 giugno 2020
Per più di un decennio, gli astronomi hanno cercato pianeti in orbita attorno a AU Microscopii, una stella a noi vicina ancora circondata da un disco di detriti rimasto dalla sua formazione. Ora gli scienziati che utilizzano i dati del Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA e del ritirato Spitzer Space Telescope riportano la scoperta di un pianeta grande quanto Nettuno che orbita attorno alla giovane stella in poco più di una settimana.

Il sistema AU Microscopii, abbreviato AU Mic, offre un laboratorio unico nel suo genere per studiare come i pianeti e le loro atmosfere si siano formate, si evolvano e interagiscano con le loro stelle.
"AU Mic è una giovane stella nana di tipo M piuttosto vicina a noi. È circondata da un vasto disco di detriti in cui sono stati rintracciati gruppi di polvere in movimento e ora, grazie ai telescopi TESS e Spitzer, anche un pianeta con una misurazione diretta delle dimensioni", ha affermato Bryson Cale, uno studente di dottorato alla George Mason University di Fairfax , Virginia. "Attualmente non esiste un altro sistema noto che abbia tutte queste caratteristiche particolari".
Il nuovo pianeta, AU Mic b, è stato descritto in un articolo scritto da Cale e guidato dal suo consigliere Peter Plavchan, assistente professore di fisica e astronomia a George Mason. Il loro rapporto è stato pubblicato mercoledì 24 giugno sulla rivista Nature.

AU Mic è una bella stella nana rossa con un'età stimata tra i 20 milioni e i 30 milioni di anni, che la rende come un bambino rispetto al nostro Sole, di almeno 150 volte più vecchio. La stella è così giovane che brilla principalmente per il calore generato mentre la sua stessa gravità la tira verso l'interno e la comprime. Meno del 10% dell'energia della stella proviene dalla fusione dell'idrogeno nell'elio nel suo nucleo, il processo che alimenta le stelle come il nostro Sole.
Il sistema si trova a 31,9 anni luce di distanza nella costellazione meridionale del Microscopio e fa parte di una vicina collezione di stelle chiamata Gruppo Beta Pictoris che prende il nome da una stella di tipo A più grande e più calda; essa ospita due pianeti ed è anche circondata da un disco di detriti.
Sebbene i sistemi abbiano la stessa età, i loro pianeti sono notevolmente diversi. Il pianeta AU Mic b quasi abbraccia la sua stella completando un'orbita ogni 8,5 giorni. Pesa meno di 58 volte la massa terrestre, collocandola nella categoria dei pianeti simili a Nettuno. Beta Pictoris b e c, tuttavia, sono entrambi almeno 50 volte più massicci di AU Mic b e impiegano rispettivamente 21 e 3,3 anni per orbitare attorno alla loro stella.
"Pensiamo che AU Mic b si sia formato lontano dalla stella e sia migrato verso l'interno nella sua orbita attuale, cosa che può accadere quando i pianeti interagiscono gravitazionalmente con un disco di gas o con altri pianeti", ha affermato il co-autore Thomas Barclay, un ricercatore associato presso la Università del Maryland, contea di Baltimora e scienziato associato del progetto TESS presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland. "Al contrario, l'orbita di Beta Pictoris b non sembra essere migrata di molto. Le differenze tra questi sistemi similmente invecchiati possono dirci molto su come i pianeti si formano e migrino dalle loro orbite iniziali".
Rilevare pianeti attorno a stelle come AU Mic rappresenta una sfida particolare. Queste stelle tempestose possiedono forti campi magnetici e possono essere ricoperte da macchie stellari - regioni più fredde, più scure e altamente magnetiche simili alle macchie solari - che spesso emettono potenti bagliori stellari. E sia le macchie che i loro bagliori contribuiscono creare cambiamenti di luminosità della stella.
A luglio e agosto 2018, quando TESS stava osservando AU Mic, la stella ha prodotto numerosi brillamenti, alcuni dei quali sono stati più potenti dei bagliori più forti mai registrati sul Sole. Il team ha eseguito un'analisi dettagliata per rimuovere questi effetti dai dati TESS.
Quando un pianeta passa davanti alla sua stella dal nostro punto di osservazione, un evento chiamato transito, il suo passaggio provoca un netto calo della luminosità della stella. TESS monitora ampie aree del cielo, chiamate settori, per 27 giorni alla volta. Durante questa lunga osservazione, le telecamere della missione catturano regolarmente degli scatti che consentono agli scienziati di tenere traccia dei cambiamenti nella luminosità della stella.
Modifiche regolari nella luminosità di una stella segnalano la possibilità di un pianeta in orbita e, di solito, sono necessari almeno due transiti osservati per riconoscere la sua presenza.
"Il secondo dei tre transiti si è verificato quando il telescopio spaziale TESS era nel punto più vicino alla Terra. In questi momenti, TESS non effettua osservazioni perché è impegnato a scaricare in downlink tutti i dati memorizzati", ha affermato la coautrice Diana Dragomir, assistente professore di ricerca presso l' Università del New Mexico ad Albuquerque. "Per fortuna, per colmare questa mancanza, al nostro team è stato concesso di utilizzare Spitzer che ha catturato due transiti aggiuntivi nel 2019 e ci ha permesso di confermare il periodo orbitale di AU Mic b."
Spitzer è stato un osservatorio a infrarossi multiuso attivo dal 2003 fino alla sua disattivazione, il 30 gennaio 2020. La missione si è dimostrata particolarmente abile nel rilevare e studiare esopianeti attorno a stelle incredibili e Spitzer ha restituito le osservazioni su AU Mic durante l'ultimo anno.
Poiché la quantità di luce bloccata da un transito dipende dalle dimensioni del pianeta e dalla distanza orbitale, i transiti di TESS e Spitzer forniscono una misura diretta delle dimensioni di AU Mic b. L'analisi di queste misurazioni mostra che il pianeta è circa l'8% più grande di Nettuno.
Le osservazioni degli strumenti posti sui telescopi terrestri hanno limiti superiori nella rilevazione della massa del pianeta. Mentre un pianeta orbita, la sua gravità viene trascinata dalla sua stella ospitante, che si muove leggermente in risposta. Gli strumenti sensibili su grandi telescopi possono rilevare la velocità radiale della stella, ovvero il suo movimento avanti e indietro lungo il nostro campo visivo. Combinando le osservazioni dell'Osservatorio Weck Keck e dell'InfraRed Telescope Facility della NASA alle Hawaii e l' Osservatorio europeo meridionale in Cile, il team ha concluso che AU Mic b ha una massa inferiore a 58 terre.
Questa scoperta mostra il potere di TESS di fornire nuove intuizioni su stelle ben studiate come AU Mic, dove più pianeti potrebbero essere in attesa di essere trovati.
"C'è un ulteriore evento di transito candidato osservato nei dati TESS, e si spera che rivedrà AU Mic entro la fine dell'anno nella sua missione estesa", ha detto Plavchan. "Stiamo continuando a monitorare la stella con misurazioni precise della velocità radiale, quindi restate sintonizzati."
Per decenni, AU Mic ha incuriosito gli astronomi come una possibile dimora per i pianeti grazie alla sua vicinanza, alla sua giovinezza e al brillante disco di detriti. Ora che TESS e Spitzer ne hanno trovato uno, la storia torna al punto di partenza. AU Mic è un punto di riferimento per questi sistemi, un laboratorio nelle vicinanze per comprendere la formazione e l'evoluzione di stelle e pianeti che saranno studiati per decenni a venire.

fonti: NASA

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