Un gruppo internazionale di astronomi ha scoperto Beta Pictoris d, il terzo pianeta conosciuto in orbita intorno alla stella Beta Pictoris. La scoperta assume particolare rilievo perché il nuovo corpo celeste è 100 volte più debole di Beta Pictoris b, il primo pianeta individuato nello stesso sistema, ed è tra gli esopianeti più leggeri mai osservati direttamente dalla Terra. Il pianeta è stato inizialmente rilevato utilizzando il Very Large Telescope, o VLT, dell’ESO, l’Osservatorio Europeo Australe. Dopo la prima individuazione, gli astronomi hanno verificato che Beta Pictoris d era già presente in numerose osservazioni conservate negli archivi scientifici, alcune delle quali risalenti a oltre un decennio prima. La scoperta mostra come pianeti estremamente deboli possano rimanere nascosti per anni all’interno di dati già raccolti, specialmente quando si trovano vicino a stelle molto luminose o ad altri pianeti più grandi e più facilmente osservabili.
Una scoperta fortuita durante lo studio di Beta Pictoris b
L’individuazione di Beta Pictoris d non era l’obiettivo iniziale del gruppo di ricerca. Gli astronomi stavano infatti studiando Beta Pictoris b, un pianeta già noto, con l’intenzione di analizzarne l’evoluzione nel tempo attraverso nuove immagini e osservazioni precedenti. “È stata una scoperta fortuita”, afferma Ben Sutlieff, co-responsabile dello studio pubblicato oggi su The Astrophysical Journal Letters e astronomo dell’Università di Edimburgo, nel Regno Unito e aggiunge: “inizialmente volevamo osservare meglio un pianeta già noto nel sistema, Beta Pictoris b, per vedere come si evolveva nel tempo”. Durante l’analisi delle immagini del sistema, il gruppo ha però notato una sorgente distinta e separata da Beta Pictoris b. Quell’elemento inatteso ha spinto gli astronomi a intraprendere una nuova linea di ricerca, completamente diversa rispetto allo scopo originario delle osservazioni. “‘C’è qualcos’altro lì, l’avete visto?'”, ricorda di aver detto Markus Bonse, astronomo dell’ESO in Germania e co-responsabile dello studio insieme a Sutlieff, mentre esaminava i dati.
Beta Pictoris d era nascosto nelle immagini da oltre dieci anni
Per verificare la natura dell’oggetto osservato, gli astronomi hanno consultato l’archivio dell’ESO, il catalogo che raccoglie le osservazioni realizzate con gli strumenti dell’organizzazione. L’analisi ha permesso di rintracciare il nuovo pianeta in diverse immagini ottenute nel corso degli anni. Beta Pictoris d era presente in osservazioni risalenti fino a 11 anni prima della conferma della scoperta. In una di queste immagini il pianeta risultava appena distinguibile dalla luce del vicino più grande, Beta Pictoris b. “Il pianeta d, a quanto pare, ha giocato a nascondino con noi per oltre un decennio e solo ora possiamo dire ‘trovato!'”, commenta Jayne Birkby, coautrice dello studio e astronoma dell’Università di Oxford, nel Regno Unito. Il ritrovamento retrospettivo dimostra quanto possa essere complesso identificare un esopianeta debole in un sistema giovane, luminoso e già popolato da altri corpi di massa elevata. Solo dopo aver stabilito con precisione la posizione del possibile nuovo pianeta, i ricercatori sono riusciti a riconoscerne la presenza nelle immagini precedenti.
Un gigante gassoso più leggero di Beta Pictoris b e c
Come gli altri due pianeti conosciuti nel sistema, Beta Pictoris d è un gigante gassoso, appartenente quindi alla stessa categoria generale di pianeti come Giove e Saturno. Le sue caratteristiche sono tuttavia differenti da quelle di Beta Pictoris b e Beta Pictoris c. Il nuovo pianeta possiede infatti un’orbita molto più ampia rispetto agli altri due corpi celesti del sistema. Anche la massa è sensibilmente inferiore. Beta Pictoris b e Beta Pictoris c hanno ciascuno una massa pari a circa dieci volte quella di Giove. Beta Pictoris d, invece, è soltanto 2,4 volte più massiccio di Giove. Questa caratteristica lo rende uno degli esopianeti più leggeri mai fotografati direttamente dalla Terra. Il nuovo pianeta è inoltre relativamente freddo e, di conseguenza, emette una quantità di luce estremamente ridotta rispetto alla stella intorno alla quale orbita.
L’esopianeta più debole mai fotografato direttamente dalla Terra
La produzione di un’immagine diretta di un pianeta extrasolare consiste nel catturare la luce proveniente dall’oggetto in modo simile a quanto avviene in una fotografia. Si tratta di una tecnica particolarmente complessa, perché un pianeta deve risultare sufficientemente luminoso da poter essere distinto accanto alla propria stella madre, che è enormemente più brillante. Ottenere un’immagine diretta di un oggetto debole come Beta Pictoris d rappresenta quindi un risultato scientifico significativo. Il pianeta è 100 volte più debole di Beta Pictoris b, uno dei pianeti extrasolari più conosciuti tra quelli osservati direttamente. “Il nuovo pianeta è 100 volte più debole di Beta Pictoris b, il famoso pianeta nello stesso sistema, il che lo rende l’esopianeta più debole mai fotografato direttamente dalla Terra”, spiega Bonse. La capacità di distinguere un pianeta tanto poco luminoso apre nuove possibilità per lo studio di sistemi planetari nei quali corpi più piccoli o più freddi potrebbero essere rimasti invisibili all’interno di osservazioni già disponibili.
La prima osservazione chiara con lo strumento ERIS del VLT
La prima chiara osservazione di Beta Pictoris d è stata realizzata utilizzando ERIS, uno strumento installato sul Very Large Telescope dell’ESO. L’osservazione è stata effettuata da Ben Sutlieff, Markus Bonse e dagli altri componenti del gruppo di ricerca. Il sistema di Beta Pictoris si trova a circa 63 anni luce dalla Terra. Nonostante questa distanza, le prestazioni degli strumenti del VLT hanno permesso di separare il debole segnale del nuovo pianeta dalla luce della stella e dagli altri oggetti già conosciuti nel sistema. La scoperta non è stata però limitata alle osservazioni realizzate da Terra. Un gruppo indipendente, guidato da Aidan Gibbs dell’Università della California, negli Stati Uniti, ha individuato lo stesso pianeta utilizzando il telescopio spaziale James Webb, o JWST. Il James Webb è uno strumento delle agenzie spaziali statunitense, europea e canadese. Anche i risultati ottenuti dal gruppo guidato da Gibbs sono stati pubblicati oggi su The Astrophysical Journal Letters.
Le conferme negli archivi scientifici dell’ESO e del James Webb
Dopo una prima rivelazione, la conferma dell’esistenza di un pianeta richiede normalmente ulteriori osservazioni. Nel caso di Beta Pictoris, gli astronomi hanno potuto beneficiare dell’enorme quantità di dati raccolti nel corso degli anni. Il sistema era stato studiato ripetutamente attraverso strumenti terrestri e spaziali, lasciando a disposizione numerose immagini negli archivi scientifici dell’ESO e del James Webb Space Telescope. “Con nostra grande gioia, il pianeta è saltato fuori in precedenti osservazioni con SPHERE”, aggiunge Birkby, riferendosi a un altro strumento del VLT utilizzato in precedenza per osservare il sistema di Beta Pictoris. SPHERE è uno degli strumenti del VLT impiegati per l’osservazione diretta degli esopianeti. La presenza di Beta Pictoris d nei suoi dati d’archivio ha fornito un’importante conferma indipendente del movimento e della natura planetaria dell’oggetto. Il pianeta è stato inoltre riconosciuto in osservazioni precedenti ottenute con NIRCam, uno degli strumenti del telescopio spaziale James Webb. Ora che il gruppo sapeva dove cercare il potenziale nuovo pianeta, “si è scoperto che era da sempre nascosto nei dati!”, conclude Birkby.
I possibili pianeti ancora nascosti negli archivi del VLT
Il ritrovamento di Beta Pictoris d in immagini raccolte molti anni prima suggerisce che altri pianeti possano essere già presenti negli archivi scientifici senza essere stati ancora riconosciuti. Il coautore Valentin Christiaens, ricercatore presso il CEA Paris-Saclay, in Francia, aggiunge: “il ritrovamento nei dati d’archivio di SPHERE non solo sono molto entusiasmanti in sé, ma suggeriscono anche che numerosi tesori come questo siano ancora nascosti negli archivi degli strumenti del VLT!”. L’analisi dei dati d’archivio può quindi diventare uno strumento fondamentale per ampliare il numero di pianeti conosciuti senza dover necessariamente partire da nuove campagne osservative. Il miglioramento delle tecniche di elaborazione delle immagini e la conoscenza più precisa della posizione dei possibili pianeti possono rendere visibili segnali che in passato erano rimasti confusi con la luce stellare o con il rumore strumentale.
Beta Pictoris diventa il secondo sistema con più di due pianeti fotografati
Con la scoperta di Beta Pictoris d, Beta Pictoris è diventato il secondo sistema planetario, dopo HR 8799, nel quale sono stati ripresi direttamente più di due pianeti. Si tratta di sistemi particolarmente preziosi per l’astronomia, perché consentono di confrontare pianeti differenti che si sono formati all’interno dello stesso ambiente. Osservare più pianeti intorno alla stessa stella permette di studiare come corpi con masse, temperature e orbite differenti possano emergere da un unico disco di formazione planetaria. “I sistemi con più esopianeti di cui abbiamo immagini dirette sono come il ‘Santo Graal’ delle scoperte, perché possono insegnarci molto su quanto diversi possono essere gli esopianeti nello stesso ambiente di formazione”, afferma Sutlieff. Il sistema di Beta Pictoris rappresenta quindi un laboratorio naturale nel quale analizzare contemporaneamente più giganti gassosi, confrontandone le proprietà fisiche e la posizione rispetto alla stella madre.
Beta Pictoris d spiega la forma del disco di detriti
La scoperta del nuovo pianeta contribuisce anche a chiarire un mistero relativo alla struttura del sistema di Beta Pictoris. Intorno alla stella è presente un disco di detriti, formato dai resti del processo di formazione dei pianeti. Il disco mostra una forma particolare che richiedeva una spiegazione legata alla presenza e all’influenza gravitazionale di un corpo non ancora identificato. Beta Pictoris d possiede esattamente la massa e la posizione orbitale necessarie per spiegare la configurazione osservata del disco. Il nuovo pianeta non rappresenta quindi soltanto un’aggiunta al numero di corpi conosciuti nel sistema, ma fornisce anche una possibile soluzione a una caratteristica strutturale rimasta fino a oggi senza una spiegazione completa. La sua influenza gravitazionale potrebbe aver contribuito a modellare il materiale residuo della formazione planetaria, determinando la particolare distribuzione dei detriti intorno alla stella.
Nuove prospettive per l’Extremely Large Telescope dell’ESO
La procedura che ha portato alla scoperta di Beta Pictoris d incoraggia nuovi tentativi di ottenere immagini dirette di sistemi nei quali pianeti molto deboli potrebbero essersi nascosti in piena vista. Le osservazioni future potranno beneficiare soprattutto dell’Extremely Large Telescope, o ELT, il nuovo telescopio dell’ESO progettato per raggiungere livelli di sensibilità e risoluzione superiori rispetto agli strumenti attuali. Grazie alle capacità dell’ELT, gli astronomi potrebbero riuscire a individuare pianeti di massa inferiore all’interno di sistemi già noti per ospitare giganti gassosi. Questi oggetti più piccoli potrebbero essere troppo freddi o poco luminosi per essere osservati chiaramente con le tecnologie oggi disponibili. “Sembra che i pianeti abbiano molti amici”, conclude Beth Biller, coautrice dell’articolo e astronoma dell’Università di Edimburgo, “molti dei famosi sistemi di esopianeti osservati direttamente sembrano contenere un grande numero di pianeti giganti nello stesso sistema ed è probabile che un numero ancora maggiore pianeti di massa inferiore sia nascosto in questi sistemi e potrebbero essere scovati dagli strumenti dell’ELT”. La scoperta di Beta Pictoris d rafforza così l’ipotesi che i sistemi planetari osservati direttamente possano essere molto più affollati di quanto mostrino le immagini attuali. Pianeti più piccoli e più deboli potrebbero trovarsi accanto ai giganti già conosciuti, in attesa di essere individuati attraverso strumenti più potenti o nuove analisi dei dati raccolti in passato.
Il commento di Armando Riccardi
“Questa scoperta di β Pictoris d è un traguardo enorme! Rivela un terzo pianeta gigante che finalmente potrebbe spiegare come viene modellato il bordo interno del disco di detriti del sistema. Lo strumento ERIS del Very Large Telescope è stato assolutamente cruciale, fornendo la sua rilevazione iniziale ad alto contrasto. Devo sottolineare il ruolo vitale del modulo di Ottica Adattiva di ERIS, sviluppato in Italia dall’INAF. Grazie a questo sistema di ottica adattiva dell’INAF, abbiamo ottenuto immagini non coronagrafiche eccezionalmente profonde nel medio infrarosso. Ciò ci ha permesso di individuare uno degli esopianeti di massa più bassa mai direttamente osservati con immagini da terra. Questo dimostra davvero che le ottiche adattive da terra restano essenziali per scoprire nuovi mondi!”, commenta Armando Riccardi, dirigente di ricerca dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e Responsabile Tecnico del Modulo di Ottiche Adattive dello strumento ERIS installato sul telescopio VLT dell’ESO.