Fotografare oggetti deboli vicino a stelle luminose è incredibilmente difficile. Tuttavia, combinando i dati del telescopio spaziale Gaia dell’ESA con lo strumento GRAVITY dell’ESO a terra, gli scienziati ci sono riusciti. Hanno scattato le prime immagini di “compagni” finora invisibili di 8 stelle luminose. La tecnica apre la possibilità intrigante di catturare immagini di pianeti in orbita vicino alle loro stelle ospiti.
Stelle luminose, la sfida dell’osservazione
Avete mai provato a fotografare una lucciola accanto a un lampione luminoso? Probabilmente, tutto ciò che vedrete nella vostra foto è il bagliore del lampione. Questo è lo stesso problema affrontato dagli astronomi che cercano di osservare stelle o pianeti deboli e piccoli vicino a una stella luminosa.
Per affrontare questo problema, un team internazionale di astronomi guidato da Thomas Winterhalder, scienziato presso l’Osservatorio Europeo Australe (ESO), ha iniziato a cercare nel catalogo prodotto da Gaia, che elenca centinaia di migliaia di stelle che potrebbero avere un compagno. Anche se gli oggetti compagni non sono abbastanza luminosi da essere visti direttamente da Gaia, la loro presenza causa piccoli oscillazioni nelle orbite delle stelle ospiti più luminose, che solo Gaia può misurare.
La scoperta
Nel catalogo delle orbite stellari di Gaia, il team ha identificato 8 stelle da osservare con GRAVITY, l’avanzato interferometro nel vicino infrarosso presso il Very Large Telescope dell’ESO, a Cerro Paranal in Cile. GRAVITY combina la luce infrarossa di diversi telescopi per catturare piccoli dettagli in oggetti deboli, utilizzando una tecnica chiamata interferometria.
Grazie all’occhio unico e sensibile di GRAVITY, il team ha rilevato il segnale luminoso di tutti e 8 i compagni previsti, 7 dei quali erano precedentemente sconosciuti. Tre dei compagni sono stelle molto piccole e deboli, mentre 5 sono nane brune. Si tratta di oggetti celesti a metà tra pianeti e stelle: più massicci del più pesante dei pianeti, ma più leggeri e deboli della più leggera delle stelle.
Una delle nane brune individuate in questo studio orbita attorno alla sua stella ospite alla stessa distanza della Terra dal Sole. È la prima volta che una nana bruna così vicina alla sua stella ospite è stata rilevata direttamente.
“Abbiamo dimostrato che è possibile catturare un’immagine di un compagno debole, anche quando orbita molto vicino alla sua luminosa stella ospite,” ha spiegato. “Questo risultato evidenzia la straordinaria sinergia tra Gaia e GRAVITY. Solo Gaia può identificare tali sistemi stretti che ospitano una stella e un compagno ‘nascosto’, e poi GRAVITY può subentrare per scovare l’oggetto più piccolo e debole con una precisione senza precedenti“.
Nuove frontiere nella caccia agli esopianeti
In uno studio precedente, gli astronomi avevano utilizzato i dati di Gaia e un altro osservatorio terrestre per catturare l’immagine di un gigantesco esopianeta gassoso. Questo pianeta orbita attorno alla sua stella ospite a circa 17 volte la distanza della Terra dal Sole, tracciando un angolo nel cielo considerevolmente più ampio rispetto alla separazione tipica dei compagni individuati da GRAVITY in questo nuovo risultato.
I piccoli compagni dedotti dalle osservazioni di Gaia tipicamente si trovano ad angoli di separazione di alcune decine di milliarcosecondi, che è circa la dimensione di una moneta da 1 Euro vista da una distanza di 100 km.
“Nei nostri osservazioni, i dati di Gaia fungono da sorta di segnavia,” ha proseguito Winterhalder. “La parte del cielo che possiamo vedere con GRAVITY è molto piccola, quindi dobbiamo sapere dove guardare. Le misurazioni precise senza pari di Gaia dei movimenti e delle posizioni delle stelle sono essenziali per puntare il nostro strumento nella giusta direzione nel cielo“.
Dream team
La complementarità di Gaia e GRAVITY va oltre l’uso dei dati di Gaia per pianificare le osservazioni di follow-up e consentire le rilevazioni. Combinando i due set di dati, gli scienziati sono stati in grado di ‘pesare’ separatamente i singoli oggetti celesti e distinguere tra la massa della stella ospite e il rispettivo compagno.
GRAVITY ha anche misurato il contrasto tra il compagno e la stella ospite in una gamma di lunghezze d’onda nell’infrarosso. Combinato con le stime della massa, questa conoscenza ha permesso al team di valutare l’età dei compagni. Sorprendentemente, due delle nane brune sono risultate meno luminose di quanto ci si aspettasse data la loro dimensione ed età. Una possibile spiegazione potrebbe essere che le nane brune stesse abbiano un compagno ancora più piccolo.
Avendo dimostrato la potenza dell’insieme Gaia-GRAVITY, gli scienziati ora guardano avanti, nella speranza di rintracciare potenziali compagni planetari delle stelle elencate nel catalogo di Gaia.
“La capacità di svelare i piccoli movimenti delle coppie vicine nel cielo è unica della missione Gaia. Il prossimo catalogo, che sarà reso disponibile come parte del quarto rilascio di dati (DR4), conterrà una collezione ancora più ricca di stelle con potenzialmente compagni più piccoli,” ha osservato Johannes Sahlmann, scienziato della missione Gaia presso l’ESA. “Questo risultato apre nuove strade nella caccia ai pianeti nella nostra galassia e ci promette scorci di nuovi mondi distanti“.