Cheops studia due esopianeti e ne scopre un terzo davvero sui generis

Mentre studiava due esopianeti intorno a una stella brillante non lontana da noi, il satellite Cheops dell’ESA ha individuato il terzo pianeta del sistema mentre passava davanti alla stella.

La scoperta è stata realizzata grazie ai dati raccolti da Cheops (CHaracterising ExOPlanet Satellite) il satellite dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) dedicato alla caratterizzazione degli esopianeti con una importante partecipazione italiana, che vede coinvolti l’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e l’Università di Padova. È la prima volta che un esopianeta con un periodo di oltre 100 giorni è stato individuato in transito su una stella abbastanza luminosa da essere visibile ad occhio nudo. L’articolo che descrive la scoperta, guidata da Laetitia Delrez dell’Università di Liegi, in Belgio, è stato appena pubblicato sulla rivista Nature Astronomy.

La stella si chiama n² Lupi (in italiano si pronuncia “ni due Lupi”, gli anglosassoni userebbero invece “nu” per la translitterazione della lettera greca), è simile al Sole e si trova a poco meno di 50 anni luce dalla Terra in direzione della costellazione del Lupo. Si conoscono tre esopianeti intorno a questa stella, scoperti nel 2019 con lo strumento HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) montato sul telescopio da 3,6 metri dell’ESO in Cile. Questi pianeti, denominati ‘b’, ‘c’ e ‘d’, hanno masse comprese tra quelle della Terra e di Nettuno e orbite rispettivamente di 11,6, 27,6 e 107,6 giorni. I due pianeti più interni – ovvero il ‘b’ e il ‘c’ – sono stati poi individuati anche dal satellite TESS della NASA mentre transitavano sul disco della stella. Si conoscono solo tre stelle visibili ad occhio nudo che ospitano più di un esopianeta e n² Lupi è tra queste.

I transiti planetari offrono una preziosa opportunità per studiare l’atmosfera, l’orbita, le dimensioni e l’interno di un pianeta. Inoltre, sistemi multiplanetari di cui si possono osservare i transiti, come quello di n² Lupi, permettono di confrontare in dettaglio diversi pianeti intorno alla stessa stella e dunque indagare i processi di formazione ed evoluzione dei pianeti.

In questo caso, il team di ricercatori e ricercatrici stava osservando n² Lupi con Cheops per studiare i transiti dei pianeti ‘b’ e ‘c’ e approfondire la comprensione di questo sistema. Durante un transito del pianeta ‘c’ hanno registrato anche un transito inaspettato del pianeta ‘d’, che si trova molto più lontano dalla stella rispetto agli altri due.

Poiché gli esopianeti con lungo periodo orbitano così lontano dalle loro stelle, le possibilità di catturarne uno durante un transito sono molto basse, rendendo la scoperta di Cheops una vera sorpresa.

Le accurate osservazioni di Cheops hanno permesso di stimare il raggio del pianeta “d”, circa 2,5 volte quello della Terra, e il suo periodo: impiega poco più di 107 giorni per compiere un’orbita intorno alla sua stella, tra le orbite di Mercurio e Venere, per fare un paragone con il Sistema solare. Utilizzando poi osservazioni d’archivio da telescopi a terra, il team ha ricavato la sua massa, pari a 8,8 volte quella della Terra.

“Date le sue proprietà generali e la sua orbita, questo rende il pianeta ‘d’ un obiettivo unicamente favorevole per lo studio di un esopianeta con un’atmosfera a temperatura moderata intorno a una stella simile al Sole”, commenta la prima autrice dell’articolo, Laetitia Delrez.

La combinazione di una stella ospite molto luminosa, un periodo orbitale lungo e la possibilità di effettuare osservazioni di follow-up rendono questo pianeta molto particolare. In futuro, con Cheops, si potranno addirittura cercare anelli o lune intorno a questo pianeta.

“Proprio perché questi esopianeti sono così rari da scoprire con questa tecnica, quelli conosciuti fino ad oggi sono spesso intorno a stelle così deboli da impedirne di studiarne ulteriormente la loro natura, e quindi sono ancora poco conosciuti. n² Lupi, invece, è abbastanza brillante per continuare ad osservarla sempre con Cheops e addirittura cercare anelli o lune intorno a questo pianeta. È quindi un ottimo obiettivo per altri telescopi, da terra o dallo spazio, attuali o futuribili, come l’Extremely Large Telescope o il James Webb Space Telescope” dice Roberto Ragazzoni, dell’Università di Padova e dell’INAF di Padova.

“Ancora una volta l’estrema precisione fotometrica del piccolo telescopio di Cheops, insieme a un pizzico di fortuna, permette di studiare oggetti molto interessanti” commenta Elisabetta Tommasi, responsabile per ASI dell’accordo con INAF per le attività scientifiche di Cheops, “arricchendo il vasto campione di mondi extrasolari, la cui conoscenza sarà approfondita nel prossimo futuro anche grazie alle missioni in preparazione Plato e Ariel.”

Combinando i nuovi dati di Cheops con i dati d’archivio di altri osservatori, i ricercatori sono stati in grado di determinare con precisione le densità medie di tutti i pianeti conosciuti del sistema di n² Lupi, e porre vincoli stringenti sulle loro possibili composizioni. Hanno scoperto che il pianeta ‘b’ è principalmente roccioso, mentre i pianeti ‘c’ e ‘d’ sembrano contenere grandi quantità di acqua avvolta da atmosfere di idrogeno ed elio. In effetti, i pianeti ‘c’ e ‘d’ contengono molta più acqua rispetto al nostro pianeta: un quarto della massa di ciascun pianeta è costituito da acqua, rispetto a meno dello 0,1% della Terra. Quest’acqua, tuttavia, non è liquida, ma assume la forma di ghiaccio ad alta pressione o di vapore ad alta temperatura.