C’è un modo per scoprire un pianeta anche quando il pianeta, visto dalla Terra, non passa mai davanti alla propria stella. È proprio questa la strada seguita da un team internazionale di ricercatori guidato dall’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), che ha individuato un candidato esopianeta attorno alla stella pulsante di tipo solare KIC 9139163, nella costellazione del Cigno. Lo studio, accettato per la pubblicazione sulla rivista internazionale Astronomy & Astrophysics, nasce dalla collaborazione di ricercatori italiani, statunitensi, spagnoli, francesi, austriaci e giapponesi. Il risultato è particolarmente interessante perché il pianeta non è transitante: la sua orbita è inclinata rispetto alla nostra linea di vista e, di conseguenza, il corpo celeste non attraversa mai il disco della stella. Non produce quindi quelle piccole diminuzioni di luminosità, i cosiddetti transiti, che rappresentano uno dei principali strumenti utilizzati per individuare gli esopianeti.
Eppure il pianeta lascia comunque una traccia. Per trovarla, i ricercatori hanno analizzato le variazioni minime e periodiche della luminosità dell’intero sistema, le cosiddette “curve di fase”. Mentre percorre la sua orbita, infatti, il pianeta mostra al telescopio porzioni differenti del proprio emisfero illuminato dalla stella, riflettendo una quantità di luce che cambia nel tempo. “La stragrande maggioranza dei pianeti nell’Universo non transita mai davanti alla propria stella dal punto di vista della Terra, risultando di fatto invisibile”, spiega Sylvain N. Breton, ricercatore dell’INAF e primo autore dello studio. “Grazie all’insieme di dati acquisiti con lo strumento HARPS-N del Telescopio Nazionale Galileo siamo riusciti a superare questo ostacolo geometrico: misurando con estrema precisione come la luce riflessa dal pianeta varia nel corso del suo viaggio orbitale, possiamo non solo scovare questi mondi sfuggenti, ma anche iniziare a caratterizzarne la struttura e l’atmosfera, aprendo una finestra fondamentale su popolazioni planetarie finora quasi inaccessibili”.
Un pianeta estremo
Le osservazioni delineano un mondo decisamente fuori dall’ordinario. Il pianeta completa un’orbita attorno alla propria stella in appena 14 ore, a una distanza estremamente ridotta. Ha una massa di circa 7,3 volte quella terrestre e un raggio pari a 2,4 volte quello della Terra. La combinazione di massa e dimensioni indica una densità compatibile con una composizione che potrebbe contenere acqua fino a circa il 50%. Per questo motivo viene descritto come un vero e proprio “mondo d’acqua bollente”, o hot water world.
La vicinanza alla stella ha però anche conseguenze drammatiche sulla sua evoluzione. Le intense forze di marea esercitate dalla stella stanno modificando rapidamente l’orbita del pianeta. Nel lungo periodo, secondo lo scenario delineato dallo studio, questo processo potrebbe portare il corpo celeste a essere inghiottito dalla propria stella.
La conferma grazie a HARPS-N
Un segnale periodico nella luminosità di una stella, da solo, non basta necessariamente a dimostrare l’esistenza di un pianeta. Per escludere che il fenomeno fosse prodotto da una stella compagna o da una nana bruna, i ricercatori hanno quindi combinato i dati fotometrici con osservazioni spettroscopiche ad alta risoluzione. Un ruolo fondamentale è stato svolto da HARPS-N, lo spettrografo installato sul Telescopio Nazionale Galileo dell’INAF alle Isole Canarie. Attraverso la misurazione delle velocità radiali della stella, lo strumento ha permesso di porre vincoli sulla massa dell’oggetto e di rafforzare l’interpretazione planetaria del segnale osservato. La combinazione di strumenti spaziali e osservazioni da Terra dimostra così quanto sia importante non affidarsi a un solo metodo per studiare sistemi planetari particolarmente complessi.
Un abitante del “deserto nettuniano”
Il candidato si trova inoltre in una regione dello spazio nota come “deserto nettuniano“. Si tratta di una zona molto vicina alle stelle nella quale i pianeti con dimensioni paragonabili a quelle di Nettuno sono relativamente rari. La spiegazione più accreditata è legata all’intensa radiazione stellare: la vicinanza alla stella può infatti erodere gli strati gassosi dei pianeti, rendendo difficile la sopravvivenza di atmosfere molto estese. Il nuovo candidato, proprio perché si trova in questa regione e sembra conservare un’atmosfera significativa, rappresenta quindi un caso particolarmente interessante. I dati suggeriscono inoltre che la sua atmosfera non sia affatto statica. Il confronto tra le osservazioni storiche del telescopio spaziale Kepler e quelle più recenti della missione TESS, effettuate a circa 6 anni di distanza, ha evidenziato un cambiamento nella modulazione della luce riflessa.
“Confrontando i dati storici del telescopio spaziale Kepler con le nuove osservazioni di TESS a distanza di sei anni, abbiamo notato uno sfasamento inaspettato nella modulazione della luce riflessa“, continua Breton. “Questo ci indica che non stiamo guardando una fotografia statica, ma un’atmosfera viva e mutevole, in cui dense nubi ad alta riflettività si formano, evolvono e si spostano lungo i bordi più freddi del pianeta“. L’ipotesi è dunque quella di un’atmosfera in continua trasformazione, caratterizzata dalla formazione e dallo spostamento di dense nubi nelle regioni relativamente più fredde del pianeta. Un comportamento che potrebbe offrire nuove informazioni sui processi atmosferici dei mondi estremamente vicini alle proprie stelle.
Oltre il limite dei transiti
La scoperta è significativa anche per una ragione più generale. La maggior parte degli oltre 6000 esopianeti conosciuti è stata individuata attraverso il metodo del transito, ma la geometria rende molto più numerosi i pianeti che, osservati dalla Terra, non transitano davanti alla propria stella. Questi mondi sono più difficili da individuare, ma rappresentano una parte fondamentale della popolazione planetaria della Via Lattea. Studiare la luce riflessa e le variazioni della luminosità del sistema permette quindi di ampliare il censimento degli esopianeti oltre i limiti imposti dalla geometria dei transiti.
Il risultato assume ulteriore rilievo in vista di PLATO, la missione spaziale dell’Agenzia Spaziale Europea il cui lancio è previsto per il 2027. Il catalogo della missione dovrebbe comprendere numerosi sistemi analoghi a KIC 9139163, offrendo una nuova opportunità per studiare la composizione, l’evoluzione e la distribuzione delle popolazioni planetarie della nostra galassia. Dal “deserto” dei Nettuniani potrebbe così emergere una popolazione di mondi finora rimasti quasi invisibili: pianeti che non hanno bisogno di passare davanti alla propria stella per raccontare, attraverso la luce che riflettono e modulano, la storia delle loro atmosfere e della loro evoluzione.