Ad alcune ricerche sugli esopianeti potrebbero essere sfuggiti quasi la metà dei pianeti delle dimensioni della Terra attorno ad altre stelle. Nuove scoperte di un team che utilizza l’Osservatorio internazionale Gemini e il telescopio WIYN da 3,5 metri presso l’Osservatorio nazionale di Kitt Peak suggeriscono che mondi delle dimensioni della Terra potrebbero essere nascosti in sistemi stellari binari, nascosti nel bagliore delle loro stelle madri. Poiché circa la metà di tutte le stelle si trova in sistemi binari, ciò significa che agli astronomi potrebbero ‘mancare’ molti mondi delle dimensioni della Terra.
I pianeti delle dimensioni della Terra potrebbero dunque essere molto più comuni di quanto si pensasse in precedenza. Gli astronomi che lavorano presso l’Ames Research Center della NASA hanno utilizzato i telescopi gemelli dell’Osservatorio internazionale Gemini, un programma del NOIRLab di NSF, per determinare che molte stelle ospitanti pianeti identificate dalla missione di caccia agli esopianeti TESS della NASA [1] sono in realtà coppie di stelle – come stelle binarie – dove i pianeti orbitano attorno a una delle stelle della coppia. Dopo aver esaminato queste stelle binarie, il team ha concluso che i pianeti delle dimensioni della Terra in molti sistemi a due stelle potrebbero passare inosservati alle ricerche sui transiti come quelle di TESS, che cercano cambiamenti nella luce di una stella quando un pianeta le passa davanti [2]. La luce della seconda stella rende più difficile rilevare i cambiamenti nella luce della stella ospite quando il pianeta transita.
Il team ha iniziato cercando di determinare se alcune delle stelle ospiti degli esopianeti identificate con TESS fossero in realtà stelle binarie sconosciute. Le coppie fisiche di stelle vicine tra loro possono essere scambiate per stelle singole a meno che non vengano osservate a una risoluzione estremamente elevata. Quindi il team si è rivolto a entrambi i telescopi Gemini per ispezionare un campione di stelle ospiti di esopianeti con minuziosi dettagli. Usando una tecnica chiamata speckle imaging [3], gli astronomi hanno cercato di vedere se potevano individuare compagne stellari sconosciute.
Utilizzando gli strumenti `Alopeke e Zorro sui telescopi Gemini North e South in Cile e Hawaii, rispettivamente, [4] il team ha osservato centinaia di stelle vicine che TESS aveva identificato come potenziali ospiti di esopianeti. Hanno scoperto che 73 di queste stelle sono in realtà sistemi stellari binari che erano apparsi come singoli punti di luce fino a quando non erano stati osservati a una risoluzione più elevata con i Gemelli. “Con i telescopi da 8,1 metri dell’Osservatorio Gemini, abbiamo ottenuto immagini ad altissima risoluzione di stelle ospiti di esopianeti e rilevato compagne stellari a separazioni molto piccole“, ha affermato Katie Lester dell’Ames Research Center della NASA, che ha guidato questo lavoro.
Il team di Lester ha anche studiato altre 18 stelle binarie precedentemente trovate tra gli host degli esopianeti TESS utilizzando NN-EXPLORE Exoplanet e Stellar Speckle Imager (NESSI) sul telescopio WIYN da 3,5 metri al Kitt Peak National Observatory , anch’esso un programma del NOIRLab di NSF.
Dopo aver identificato le stelle binarie, il team ha confrontato le dimensioni dei pianeti rilevati nei sistemi stellari binari con quelle nei sistemi a stella singola. Si sono resi conto che il veicolo spaziale TESS ha trovato esopianeti grandi e piccoli in orbita attorno a singole stelle, ma solo grandi pianeti in sistemi binari.
Questi risultati implicano che una popolazione di pianeti delle dimensioni della Terra potrebbe essere in agguato in sistemi binari e non essere rilevata utilizzando il metodo di transito impiegato da TESS e da molti altri telescopi per la caccia ai pianeti. Alcuni scienziati avevano sospettato che le ricerche sui transiti potessero mancare di piccoli pianeti nei sistemi binari, ma il nuovo studio fornisce un supporto osservativo per sostenerlo e mostra quali dimensioni di esopianeti sono interessate [5].
“Abbiamo dimostrato che è più difficile trovare pianeti delle dimensioni della Terra in sistemi binari perché i piccoli pianeti si perdono nel bagliore delle loro due stelle madri” , ha affermato Lester. “I loro transiti sono ‘riempiti’ dalla luce della stella compagna” , ha aggiunto Steve Howell dell’Ames Research Center della NASA, che guida lo sforzo di imaging speckle ed è stato coinvolto in questa ricerca.
“Poiché circa il 50% delle stelle si trova in sistemi binari, potremmo perdere la scoperta di – e la possibilità di studiare – molti pianeti simili alla Terra” , ha concluso Lester.
La possibilità di questi mondi mancanti significa che gli astronomi dovranno utilizzare una varietà di tecniche di osservazione prima di concludere che un dato sistema stellare binario non ha pianeti simili alla Terra. “Gli astronomi devono sapere se una stella è singola o binaria prima di affermare che non esistono piccoli pianeti in quel sistema ” , ha spiegato Lester. “Se è singolo, allora potresti dire che non esistono piccoli pianeti. Ma se l’ospite è in un binario, non sapresti se un piccolo pianeta è nascosto dalla stella compagna o non esiste affatto. Avresti bisogno di più osservazioni con una tecnica diversa per capirlo.“
Come parte del loro studio, Lester e i suoi colleghi hanno anche analizzato la distanza tra le stelle nei sistemi binari in cui TESS aveva rilevato grandi pianeti. Il team ha scoperto che le stelle nelle coppie che ospitano gli esopianeti erano in genere più distanti delle stelle binarie che non avevano pianeti [6]. Ciò potrebbe suggerire che i pianeti non si formano attorno a stelle che hanno compagne stellari vicine.
“Questa indagine di imaging speckle illustra la necessità fondamentale per le strutture del telescopio NSF di caratterizzare i sistemi planetari appena scoperti e sviluppare la nostra comprensione delle popolazioni planetarie” , ha affermato Martin Still, responsabile del programma della National Science Foundation Division of Astronomical Sciences.
“Questa è una scoperta importante nel lavoro sugli esopianeti” , ha commentato Howell. “I risultati aiuteranno i teorici a creare i loro modelli su come i pianeti si formano ed evolvono nei sistemi a doppia stella.“
NOTE
[1] TESS è il Transiting Exoplanet Survey Satellite, una missione della NASA progettata per cercare pianeti in orbita attorno ad altre stelle in un rilevamento di circa il 75% dell’intero cielo notturno. La missione è stata lanciata nel 2018 e ha rilevato più di 3500 esopianeti candidati, di cui più di 130 sono stati confermati. Il satellite cerca esopianeti osservando le loro stelle ospiti; un esopianeta in transito provoca un calo sottile ma misurabile nella luminosità della sua stella ospite mentre attraversa di fronte alla stella e blocca parte della sua luce.
[2] La tecnica del transito è un modo per scoprire gli esopianeti. Implica la ricerca di diminuzioni regolari della luce di una stella che potrebbero essere causate da un pianeta che passa davanti o “transita” la stella e blocca parte della luce stellare.
[3] L’imaging speckle è una tecnica astronomica che consente agli astronomi di vedere oltre la sfocatura dell’atmosfera effettuando molte rapide osservazioni in rapida successione. Combinando queste osservazioni, è possibile annullare l’effetto offuscamento dell’atmosfera, che colpisce l’astronomia terrestre facendo brillare le stelle nel cielo notturno.
[4] `Alopeke e Zorro sono strumenti di imaging identici montati permanentemente sui telescopi Gemini North e South. I loro nomi significano “volpe” rispettivamente in hawaiano e spagnolo, riflettendo le loro rispettive posizioni su Maunakea nelle Hawaii e sul Cerro Pachón in Cile.
[5] Il team ha scoperto che i pianeti due volte più grandi della Terra o più piccoli non potevano essere rilevati utilizzando il metodo di transito durante l’osservazione di sistemi binari.
[6] Il team di Lester ha scoperto che le stelle binarie che ospitano gli esopianeti che hanno identificato avevano separazioni medie di circa 100 unità astronomiche. (Un’unità astronomica è la distanza media tra il Sole e la Terra.) Le stelle binarie che non sono note per ospitare pianeti sono generalmente separate da circa 40 unità astronomiche.
