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TESS: scoperti nuovi pianeti in un fiume di giovani stelle

15 febbraio 2021
Utilizzando le osservazioni del Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA un team internazionale di astronomi ha scoperto un trio di pianeti caldi, più grandi della Terra, in orbita attorno a una versione molto più giovane del nostro Sole chiamata TOI 451. Il sistema risiede nella corrente stellare dei Pesci-Eridano recentemente scoperta, un insieme di stelle con meno del 3% dell'età del nostro Sistema Solare che si estende per un terzo del cielo.

I pianeti sono stati scoperti dalle immagini di TESS scattate tra ottobre e dicembre 2018. Gli studi seguenti di TOI 451 e dei suoi pianeti hanno poi incluso osservazioni effettuate nel 2019 e 2020 utilizzando il telescopio spaziale Spitzer della NASA, ora non più attivo, così come molte altre strutture terrestri. I dati a infrarossi del satellite NEOWISE (Near-Earth Object Wide-Field Infrared Survey Explorer) della NASA, raccolti tra il 2009 e il 2011 con il suo precedente moniker, WISE, hanno suggerito che il sistema trattenga un disco freddo di polvere e detriti rocciosi. Altre osservazioni hanno mostrato che TOI 451 probabilmente ha due lontani compagni stellari che girano l'uno intorno all'altro ben oltre l'orbita dei pianeti.

"Questo sistema possiede tutti i requisiti più importanti per gli astronomi", ha detto Elisabeth Newton, assistente professore di fisica e astronomia al Dartmouth College di Hanover, nel New Hampshire, che ha guidato la ricerca. "Ha solo 120 milioni di anni e dista solo 400 anni luce, consentendo osservazioni dettagliate di questo giovane sistema planetario. E poiché ci sono tre pianeti tra le due e le quattro volte le dimensioni della Terra, sono obiettivi particolarmente promettenti per testare teorie su come si evolvono le atmosfere planetarie".
Un documento che riporta i risultati è stato pubblicato il 14 gennaio su The Astronomical Journal ed è disponibile online.

Le correnti stellari si formano quando la gravità della nostra galassia, la Via Lattea, distrugge ammassi stellari o galassie nane. Le singole stelle si muovono lungo l'orbita originale dell'ammasso formando un flusso allungato che si disperde gradualmente.

Nel 2019, un team guidato da Stefan Meingast presso l'Università di Vienna ha utilizzato i dati della missione Gaia dell'Agenzia spaziale europea per scoprire la corrente stellare dei Pesci-Eridano, chiamata così per le costellazioni che contengono la maggiore concentrazione di stelle. Estendendosi su 14 costellazioni, la corrente è lunga circa 1300 anni luce ma la sua età inizialmente determinata è risultata molto più antica di quanto pensassimo.

Più tardi nel 2019, i ricercatori guidati da Jason Curtis della Columbia University di New York City hanno analizzato i dati di TESS su dozzine di membri della corrente. Le stelle più giovani ruotano più velocemente delle loro controparti più vecchie e tendono anche ad avere macchie stellari prominenti, delle regioni più scure e più fredde come le macchie solari. Quando queste macchie ruotano dentro e fuori dalla nostra vista, possono produrre lievi variazioni nella luminosità di una stella che TESS può misurare.
Le misurazioni TESS hanno così rivelato prove schiaccianti di macchie stellari e della rapida rotazione tra le stelle del flusso. Sulla base di questo risultato, Curtis ei suoi colleghi hanno scoperto che il flusso aveva solo 120 milioni di anni, molto simile al famoso ammasso delle Pleiadi e otto volte più giovane delle stime precedenti. La massa, la giovinezza e la vicinanza della corrente stellare dei Pesci-Eridano ne fanno un entusiasmante laboratorio fondamentale per lo studio della formazione e dell'evoluzione di stelle e pianeti.

"Grazie alla copertura quasi totale del cielo di TESS, le misurazioni che potevano supportare la ricerca di pianeti in orbita attorno ai membri di questa corrente erano già disponibili per noi quando è stato identificata", ha detto Jessie Christiansen, co-autrice dell'articolo e del vice-scientifico dirigere presso l' Exoplanet Archive della NASA, una struttura per la ricerca di mondi oltre al nostro Sistema Solare gestita dal Caltech a Pasadena, in California. "I dati di TESS continueranno a permetterci di superare i limiti di ciò che sappiamo sugli esopianeti e sui loro sistemi per molti anni a venire".

La giovane stella TOI 451, meglio conosciuta dagli astronomi come CD-38 1467, si trova a circa 400 anni luce di distanza nella costellazione dell'Eridano. Ha il 95% della massa del nostro Sole, ma è più piccola del 12%, leggermente più fredda ed emette il 35% in meno di energia. TOI 451 ruota ogni 5,1 giorni, più di cinque volte òa velocità del Sole.

TESS ha individuato nuovi mondi cercando i transiti, i deboli e regolari oscuramenti che si verificano quando un pianeta passa davanti alla sua stella dal nostro punto di vista. E i transiti di tutti e tre i pianeti sono molto evidenti nei dati TESS. Il team di Newton ha ottenuto misurazioni da Spitzer che hanno supportato i risultati di TESS e hanno contribuito a escludere possibili spiegazioni alternative. Ulteriori osservazioni sono arrivate dal Las Cumbres Observatory, una rete globale di telescopi con sede a Goleta, in California, e dal Perth Exoplanet Survey Telescope in Australia.
Anche il pianeta più distante di TOI 451 orbita tre volte più vicino di quanto Mercurio si sia mai avvicinato al Sole, quindi tutti questi mondi sono piuttosto caldi e inospitali per la vita come la conosciamo. Le stime di temperatura variano da circa 1200 gradi Celsius per il pianeta più interno sino a circa 450 C° per quello più esterno.

TOI 451 b orbita ogni 1,9 giorni, è circa 1,9 volte la dimensione della Terra e la sua massa stimata varia da due a 12 volte quella della Terra. Il secondo pianeta, TOI 451 c, completa un'orbita ogni 9,2 giorni, è circa tre volte più grande della Terra e detiene da tre a 16 volte la massa terrestre. Il pianeta più lontano e più grande, TOI 451 d, completa la sua orbita ogni 16 giorni, è quattro volte più grande del nostro pianeta e pesa tra le quattro e le 19 masse terrestri.

Gli astronomi si aspettano che pianeti grandi come questi mantengano gran parte della loro atmosfera nonostante il calore intenso della loro stella vicina. Diverse teorie su come le atmosfere si evolvono prima che un sistema planetario raggiunga l'età di TOI 451 prevedono un'ampia gamma di proprietà. L'osservazione della luce delle stelle che passa attraverso le atmosfere di questi pianeti offre l'opportunità di studiare questa fase di sviluppo e potrebbe aiutare a limitare i modelli attuali.

Il flusso Pisces-Eridanus si estende su 1.300 anni luce, estendendosi su 14 costellazioni e un terzo del cielo. I punti gialli mostrano le posizioni di membri noti o sospetti, con TOI 451 cerchiato in verde. Le osservazioni di TESS mostrano che la corrente ha circa 120 milioni di anni, paragonabile al famoso ammasso delle Pleiadi nella costellazione del Toro (in alto a sinistra).


"Misurando la luce delle stelle che penetra nell'atmosfera di un pianeta a diverse lunghezze d'onda, possiamo dedurre la sua composizione chimica e la presenza di nuvole o nebbie ad alta quota", ha detto Elisa Quintana, astrofisica presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland. "I pianeti di TOI 451 offrono obiettivi eccellenti per tali studi con Hubble e il prossimo telescopio spaziale James Webb."

Le osservazioni di WISE hanno mostrato che il sistema è insolitamente luminoso alla luce infrarossa, invisibile agli occhi umani, a lunghezze d'onda di 12 e 24 micrometri. Ciò suggerisce la presenza di un disco di detriti, dove corpi rocciosi simili ad asteroidi si scontrano e si riducono in polvere. Sebbene Newton e il suo team non siano in grado di determinare l'estensione del disco, lo immaginano come un anello diffuso di roccia e polvere centrato tanto lontano dalla stella quanto Giove è dal nostro Sole.

I ricercatori hanno anche studiato una debole stella vicina che appare a circa due pixel di distanza da TOI 451 nelle immagini TESS. Sulla base dei dati di Gaia, il team di Newton ha determinato che questa stella è una compagna gravitazionale situata così lontano dal TOI 451 che la sua luce impiega 27 giorni per arrivarci. In effetti, i ricercatori pensano che il compagno sia probabilmente un sistema binario di due stelle nane di tipo M, ciascuna con circa il 45% della massa del Sole che emettono solo il 2% della sua energia.

fonti: NASA Goddard Space Flight Center

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