Gli astronomi dell’Università del New Mexico (UNM) hanno pubblicato una nuova ricerca che conferma l’esistenza di tre corpi in orbita attorno al dinamico sistema esoplanetario TOI-201. Si tratta di una super-Terra (TOI-201 d), un gioviano caldo (TOI-201 b) e una nana bruna (TOI-201 c). Ismael Mireles, dottorando presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’UNM sotto la supervisione della Professoressa Diana Dragomir, ha guidato la ricerca. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Science Advances. “L’obiettivo era caratterizzare il sistema planetario TOI-201 per comprendere non solo quali pianeti siano presenti, ma anche come interagiscono dinamicamente tra loro”, ha affermato Mireles. “Questo aiuta gli scienziati a capire come si formano e si evolvono nel tempo i sistemi planetari come il nostro Sistema Solare”.
I tre mondi molto diversi
La super-Terra (TOI-201 d) è un pianeta roccioso di circa 1,4 volte le dimensioni della Terra e con una massa pari a circa 6 volte quella terrestre, che completa un’orbita ogni 5,85 giorni. È molto vicina alla sua stella e probabilmente troppo calda per ospitare acqua liquida.
Il gioviano caldo (TOI-201 b) è un gigante gassoso con una massa pari a circa la metà di quella di Giove, che completa un’orbita ogni 53 giorni. I “gioviani caldi” si trovano tra i “gioviani caldi” più vicini (con orbite di pochi giorni) e i giganti gassosi freddi e distanti come Giove (circa 12 anni). Sono scientificamente interessanti perché gli astronomi non comprendono appieno come abbiano raggiunto le orbite in cui si trovano.
La nana bruna (TOI-201 c) è il corpo più massiccio del sistema, a parte la stella, con un’orbita ampia e altamente ellittica di circa 8 anni. La sua influenza gravitazionale è responsabile della maggior parte del comportamento dinamico del sistema. TOI-201 c è anche l’oggetto in transito con il periodo orbitale più lungo mai scoperto.
“TOI-201 c è unico per il suo periodo orbitale estremamente lungo (circa 7,9 anni) e per la sua posizione in un sistema con due pianeti interni“, ha affermato Mireles. “La maggior parte delle nane brune in transito conosciute orbitano molto più vicino alle loro stelle”. “Dato che la massa di TOI-201 c è vicina al limite che separa i pianeti massicci dalle nane brune, uno dei misteri che questo sistema pone è se questo corpo si sia formato come un pianeta o come una stella”, ha aggiunto il Professor Dragomir.
Per dare un’idea delle dimensioni, una nana bruna ha una massa 13 volte superiore a quella di Giove, ma è comunque troppo piccola per essere classificata come una vera stella. Non può sostenere la fusione dell’idrogeno nel suo nucleo come fa il Sole.
Osservare le orbite cambiare in tempo reale
“Questo è uno dei pochissimi sistemi in cui è possibile osservare attivamente il cambiamento delle orbite planetarie su scale temporali umane. Offre una rara finestra in tempo reale sulla dinamica dei sistemi planetari”, ha spiegato Mireles. Infatti, tra 200 anni solo due dei tre oggetti saranno ancora in transito.
I ricercatori hanno utilizzato una combinazione di quattro tecniche di osservazione per confermare il sistema. La prima è la spettroscopia (velocità radiali), che misura l’oscillazione della stella causata dai pianeti in orbita e aiuta a determinarne le masse. “Abbiamo utilizzato diversi spettrografi in Cile: CORALIE, HARPS e PFS. Abbiamo anche utilizzato dati d’archivio dello spettrografo FEROS in Cile e di MINERV A-Australis in Australia”, ha spiegato Mireles.
La seconda tecnica è la fotometria di transito, che consiste nel registrare il leggero oscuramento della stella quando un pianeta le passa davanti. Sono stati utilizzati i transiti del telescopio spaziale TESS della NASA e le osservazioni da terra del telescopio ASTEP in Antartide, un progetto guidato dall’Osservatorio della Costa Azzurra di Nizza, in collaborazione con l’Università di Birmingham e l’Agenzia Spaziale Europea. Sono state incluse anche le osservazioni di transito della rete globale LCOGT di siti telescopici situati in Cile, Australia e Sudafrica, che hanno svolto un ruolo cruciale nell’analisi.
“Il nostro contributo è stato reso possibile dalla presenza di un telescopio in Antartide. Sebbene la logistica coinvolta sia complessa, la posizione unica del telescopio e l’accesso a condizioni astronomiche ottimali sono fondamentali per lo studio di sistemi esoplanetari con lunghi periodi orbitali come TOI-201“, ha affermato il Professor Triaud dell’Università di Birmingham.
Gli strumenti alla base della scoperta
La terza tecnica utilizzata include le Variazioni di Temporizzazione dei Transiti (TTV), che misurano minuscole deviazioni nel momento in cui si verificano i transiti di un pianeta, segnalando la presenza dell’attrazione gravitazionale di un altro pianeta. Infine, i ricercatori hanno utilizzato l’astrometria, che impiega i dati delle missioni spaziali Hipparcos e Gaia per rilevare minuscoli spostamenti nella posizione della stella nel cielo causati da un compagno massiccio invisibile.
Mireles prosegue affermando che le osservazioni di esopianeti di solito mostrano solo un’istantanea dell’evoluzione di un sistema. In effetti, la maggior parte dei sistemi cambia solo su scale temporali di milioni di anni. Ciò che rende speciale TOI-201 è che i ricercatori sono effettivamente in grado di osservarne il cambiamento in tempo reale.
“Le orbite dei pianeti sono inclinate l’una rispetto all’altra e, per questo motivo, si stanno lentamente attraendo a vicenda in nuovi orientamenti”, ha affermato Mireles. “È stata una sorpresa, perché se i pianeti nascono sul piano del disco protoplanetario esistente nelle prime fasi di vita della stella, ci si aspetterebbe che abbiano orbite allineate, come i pianeti del Sistema Solare. Quindi la prossima domanda a cui rispondere per TOI-201 è come questi tre oggetti siano finiti con orbite così inclinate“, ha aggiunto Dragomir.
Un sistema in continuo movimento
Tra 200 anni, la super-Terra smetterà di transitare. Qualche centinaio di anni dopo, anche il gioviano caldo smetterà di transitare e, più tardi, la nana bruna. Tuttavia, ricominceranno a transitare tra migliaia di anni, poiché attraversano cicli di configurazioni di transito e non transito. Il prossimo transito di TOI-201 c è previsto per il 26 marzo 2031, il che offrirà una rara opportunità per osservazioni di follow-up in tutto il mondo, anche da parte di cittadini scienziati.
“Lo studio di questo sistema ha richiesto un grande lavoro di squadra e diversi anni di ricerca. Ogni nuova osservazione di transito da parte di ASTEP e LCOGT e ogni nuova misurazione della velocità radiale hanno gradualmente sollevato il velo, contribuendo a svelare l’architettura tridimensionale del sistema TOI-201. E questa architettura unica è al centro delle interazioni dinamiche del sistema, finora invisibili”, ha concluso Mireles.
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