Utilizzando le osservazioni del Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA, un team internazionale di astronomi ha scoperto un trio di mondi caldi più grandi della Terra in orbita attorno a una versione molto più giovane del nostro Sole chiamata TOI 451. Il sistema risiede nel flusso Pisces-Eridanus scoperto di recente , un insieme di stelle con meno del 3% di età del nostro sistema solare che si estende per un terzo del cielo.
I pianeti sono stati scoperti in immagini TESS scattate tra ottobre e dicembre 2018. Gli studi di follow-up del TOI 451 e dei suoi pianeti includevano osservazioni effettuate nel 2019 e nel 2020 utilizzando il telescopio spaziale Spitzer della NASA, che da allora è stato ritirato, così come molte strutture a terra. I dati archiviati a infrarossi dal 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, suggeriscono che il sistema trattiene un disco freddo di polvere e detriti rocciosi. Altre osservazioni mostrano che TOI 451 probabilmente ha due lontani compagni stellari che girano l’uno intorno all’altro ben oltre i pianeti.
“Questo – ha detto Elisabeth Newton, assistente professore di fisica e astronomia al Dartmouth College di Hanover, New Hampshire, che ha guidato la ricerca – permette agli astronomi di studiare un sistema che 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 due e quattro volte le dimensioni della Terra, sono obiettivi particolarmente promettenti per testare le teorie su come le atmosfere planetarie evolvere”. Un documento che riporta i risultati è stato pubblicato il 14 gennaio su The Astronomical Journal ed è disponibile online.
I flussi stellari si formano quando la gravità della nostra galassia, la Via Lattea, fa a pezzi gli ammassi stellari o le galassie nane. Le singole stelle si muovono lungo l’orbita originale dell’ammasso, formando un gruppo 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 il flusso Pisces-Eridanus, definito per le costellazioni contenenti la maggiore concentrazione di stelle. Estendendosi attraverso 14 costellazioni, il flusso è lungo circa 1.300 anni luce. Tuttavia, l’età inizialmente determinata per il flusso era molto più antica di quanto pensiamo ora.
Più tardi nel 2019, i ricercatori guidati da Jason Curtis della Columbia University di New York City hanno analizzato i dati TESS per dozzine di membri del flusso. Le stelle più giovani ruotano più velocemente delle loro controparti più vecchie e tendono anche ad avere punti stellari prominenti, regioni più scure e più fredde come le macchie solari. Poiché questi punti ruotano dentro e fuori dalla nostra vista, possono produrre lievi variazioni nella luminosità di una stella che TESS può misurare.
Le misurazioni TESS hanno rivelato prove schiaccianti di punti stellari e 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, simile al famoso ammasso delle Pleiadi e otto volte più giovane delle stime precedenti. La massa, la giovinezza e la vicinanza del flusso Pisces-Eridanus 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 questo flusso erano già disponibili per noi quando è stato identificato il flusso”, ha detto Jessie Christiansen, co-autrice dell’articolo e del vice-scientifico condurre presso l’archivio esopianeti della NASA, una struttura per la ricerca di mondi oltre il nostro sistema solare gestito da Caltech a Pasadena, in California. “I dati TESS continueranno a permetterci di spingere i limiti di ciò che sappiamo sugli esopianeti e sui loro sistemi per gli 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 piccolo del 12%, leggermente più freddo ed emette il 35% in meno di energia. TOI 451 ruota ogni 5,1 giorni, che è più di cinque volte più veloce del Sole.
TESS individua 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. I transiti da tutti e tre i pianeti sono 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 di follow-up 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 2.200 gradi Fahrenheit (1.200 gradi Celsius) per il pianeta più interno a circa 840 F (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 prossimo pianeta in uscita, 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 mondo più lontano e più grande, TOI 451 d, circonda la stella 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.
“Misurando la luce stellare 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 ottimi obiettivi per tali studi con Hubble e il prossimo telescopio spaziale James Webb”.
Le osservazioni di WISE mostrano 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 da 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 ed emettendo solo il 2% della sua energia.
