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TESS: osservato il primo possibile pianeta che abbraccia la cenere stellare

17 settembre 2020
Gli eventi violenti che portano alla morte di una stella spazzerebbero via tutti i pianeti circostanti. WD 1856 b, un potenziale pianeta delle dimensioni di Giove appena scoperto dai dati congiunti dei telescopi TESS e il ritirato Spitzer, orbita attorno alla sua debole nana bianca ogni 36 ore ed è circa sette volte più grande. Gli scienziati pensano che possa essere entrato in orbita molto tempo dopo la morte della stella.

Un team internazionale di astronomi che utilizza il Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA e il telescopio spaziale Spitzer, ora in pensione, ha osservato quello che potrebbe essere il primo pianeta intatto trovato in orbita stretta attorno a una nana bianca, il denso residuo di una stella simile al Sole, solo il 40% più grande di Terra.
L'oggetto delle dimensioni di Giove, chiamato WD 1856 b, è circa sette volte più grande della nana bianca, denominato WD 1856 + 534. Orbita nel mezzo di questa cenere stellare ogni 34 ore ed è 60 volte più veloce di Mercurio attorno al nostro Sole.



"WD 1856 b in qualche modo è riuscito ad avvicinarsi a breve distanza dalla sua nana bianca ed è riuscito a rimanere intero", ha detto Andrew Vanderburg, assistente professore di astronomia presso l'Università del Wisconsin-Madison. "Il processo di creazione di una nana bianca distrugge i pianeti vicini, e tutto ciò che in seguito si avvicina troppo ad essa viene solitamente dilaniato dall'immensa gravità della stella. Abbiamo ancora molte domande su come WD 1856 b sia arrivato alla sua posizione attuale senza frantumarsi".

Il telescopio TESS monitora ampie strisce di cielo, chiamate settori, per quasi un mese alla volta. Questo lungo sguardo consente al satellite di trovare esopianeti, o mondi oltre il nostro Sistema Solare, catturando i cambiamenti nella luminosità stellare causati da un pianeta quando attraversa o transita davanti alla sua stella. TESS ha individuato WD 1856 b a circa 80 anni luce di distanza nella costellazione settentrionale del Drago. Orbita attorno a una nana bianca fresca e tranquilla di circa 18.000 chilometri di diametro che può avere fino a 10 miliardi di anni ed è un membro distante di un sistema stellare triplo.

Quando una stella simile al Sole esaurisce il carburante, si gonfia fino a centinaia o migliaia di volte la sua dimensione originale, formando una stella gigante rossa più fredda. Alla fine, espelle i suoi strati esterni di gas perdendo fino all'80% della sua massa. Il nucleo caldo rimanente diventa una nana bianca. Tutti gli oggetti vicini vengono generalmente inghiottiti e inceneriti durante questo processo, che in questo sistema avrebbe incluso WD 1856 b nella sua orbita attuale.
Vanderburg e i suoi colleghi stimano che il possibile pianeta debba essersi originato almeno 50 volte più lontano dalla sua posizione attuale.

"Sappiamo da molto tempo che dopo la nascita delle nane bianche, piccoli oggetti distanti come asteroidi e comete possono essere attirati da queste stelle. Ma di solito vengono poi distrutti dalla forte gravità della nana bianca e si trasformano in un disco di detriti, "ha detto il coautore Siyi Xu, assistente astronomo presso il Gemini Observatory internazionale di Hilo, Hawaii. "Ecco perché ero così entusiasta quando Andrew mi ha parlato di questo sistema. In passato abbiamo osservato indizi su come anche i pianeti potrebbero essere attirati verso l'interno, ma questa sembra essere la prima volta che vediamo un pianeta rimasto intatto dopo il viaggio".

Il team ha suggerito diversi scenari che avrebbero potuto spingere WD 1856 b su un percorso ellittico attorno alla nana bianca. Questa traiettoria sarebbe diventata più circolare nel tempo man mano che la gravità della stella allungava l'oggetto, creando enormi maree che dissipavano la sua energia orbitale.
"Il caso più probabile coinvolge diversi altri corpi delle dimensioni di Giove vicini all'orbita originale di WD 1856 b", ha detto la coautrice Juliette Becker. "L'influenza gravitazionale di oggetti così grandi potrebbe facilmente consentire l'instabilità di cui avresti bisogno per spingere un pianeta verso le orbite più interne. Ma al momento abbiamo più teorie che dati".

Altri possibili scenari coinvolgono il graduale rimorchio gravitazionale delle altre due stelle nel sistema, le nane rosse G229-20 A e B, nel corso di miliardi di anni e un sorvolo di una stella solitaria che ha perturbato il sistema. Il team di Vanderburg ritiene che queste e altre spiegazioni siano meno probabili perché richiedono condizioni quasi uniche per ottenere gli stessi effetti dei potenziali pianeti compagni giganti.
Gli oggetti delle dimensioni di Giove possono occupare una vasta gamma di masse che vanno da pianeti solo poche volte più massicci della Terra a stelle di piccola massa migliaia di volte quella della Terra. Altre sono nane brune, che si trovano a cavallo del confine tra pianeta e stella. Di solito gli scienziati si rivolgono alle osservazioni della velocità radiale per misurare la massa di un oggetto, che può suggerire la sua composizione e natura. Questo metodo funziona studiando come un oggetto in orbita attira la sua stella e altera il colore della sua luce. Ma in questo caso, la nana bianca è così vecchia che la sua luce è diventata sia troppo debole che troppo anonima perché gli scienziati possano rilevare cambiamenti evidenti.

Invece, il team ha deciso di osservare il sistema nell'infrarosso usando Spitzer, solo pochi mesi prima che il telescopio venisse disattivato. Se WD 1856 b fosse una nana bruna o una stella di piccola massa, emetterebbe il proprio bagliore infrarosso. Ciò significa che Spitzer registrerebbe un transito più luminoso di quanto accadrebbe se l'oggetto fosse un pianeta, che bloccherebbe la luce invece di emetterla. Quando i ricercatori hanno confrontato i dati di Spitzer con le osservazioni sul transito della luce visibile effettuate con il Gran Telescopio Canarias nelle Isole Canarie della Spagna, non hanno notato differenze evidenti. Questo, combinato con l'età della stella e altre informazioni sul sistema, li ha portati a concludere che WD 1856 b è molto probabilmente un pianeta non più di 14 volte la dimensione di Giove.
Ricerche e osservazioni future potrebbero essere in grado di confermare questa conclusione.

La ricerca di un mondo possibile che orbita intorno a una nana bianca ha spinto la coautrice Lisa Kaltenegger, Vanderburg e altri a considerare le implicazioni per lo studio delle atmosfere di piccoli mondi rocciosi in situazioni simili. Ad esempio, supponiamo che un pianeta delle dimensioni della Terra si trovi nell'intervallo di distanze orbitali intorno a WD 1856 dove l'acqua potrebbe esistere sulla sua superficie. Utilizzando osservazioni simulate, i ricercatori mostrano che il prossimo telescopio spaziale James Webb della NASA potrebbe rilevare acqua e anidride carbonica nel mondo ipotetico osservando solo cinque transiti.
I risultati di questi calcoli, guidati da Kaltenegger e Ryan MacDonald, entrambi alla Cornell University di Ithaca, New York, sono stati pubblicati su The Astrophysical Journal Letters e sono disponibili online.

"Ancora più impressionante, Webb potrebbe rilevare combinazioni di gas che potenzialmente indicano attività biologica su un mondo del genere in appena 25 transiti", ha detto Kaltenegger, il direttore del Carl Sagan Institute di Cornell. "WD 1856 b ci suggerisce che i pianeti possono sopravvivere alle storie caotiche delle nane bianche. Nelle giuste condizioni, quei mondi potrebbero mantenere condizioni favorevoli alla vita più a lungo della scala temporale prevista per la Terra. Ora possiamo esplorare molte nuove possibilità intriganti per i mondi in orbita attorno a queste stelle morte."

Al momento non ci sono prove che suggeriscano che ci siano altri mondi attorno a quel sistema, ma è possibile che esistano pianeti che non sono stati ancora rilevati. Potrebbero avere orbite che superano il tempo in cui TESS osserva il settore o essere inclinate in modo tale che i transiti non avvengano. La nana bianca è anche così piccola che la possibilità di catturare transiti da pianeti più esterni nel sistema è molto bassa.

fonti: NASA Jet Propulsion Laboratory

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