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Il primo pianeta scoperto da Gaia

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di Luciana Ziino

Gaia, il satellite dell’Agenzia Spaziale Europea in missione dal 2013, ha scoperto il suo primo pianeta extrasolare. Lo ha fatto grazie al metodo dei transiti, la tecnica che permette di scovare nuovi esopianeti osservando un periodico calo di luminosità nella stella che li ospita.

Ogni qualvolta un pianeta passa davanti alla sua stella, col suo disco oscuro blocca una parte della luce emessa dall’astro. Possiamo accorgerci di questa riduzione di luminosità se il sistema stella-pianeta è visto più o meno di taglio.

Rappresentazione del transito di un pianeta davanti alla sua stella (in alto) e della curva di luce della stella durante il transito (in basso). Crediti: STEPUP.

L’obiettivo principale di Gaia non è scoprire pianeti, ma fornire misure astrometriche molto precise di tantissime stelle della Via Lattea per produrre una mappa tridimensionale della nostra galassia. Fare astrometria significa determinare le posizioni, le distanze e i movimenti dei corpi celesti. E Gaia lo ha già fatto per più di un miliardo di stelle.

Ma il satellite effettua anche la fotometria delle stelle, ossia osserva l’intensità della radiazione da loro emessa nel tempo.

È proprio grazie a questo tipo di misure che Gaia ha potuto accorgersi dell’ombra prodotta da un pianeta davanti alla stella Edr3 3026325426682637824 – una sigla complicata in cui Edr3 vuol dire Early Data Release 3 [1] e le 19 cifre che seguono sono il codice che identifica la stella.

In realtà, non è la prima volta che il telescopio dell’ESA cattura questo tipo di eventi. In passato, infatti, aveva osservato altri transiti esoplanetari; ma si trattava di pianeti già noti. In questo caso, invece, parliamo di un pianeta mai osservato in precedenza.

Analizzando la curva di luce della stella, i ricercatori avevano riscontrato una lieve riduzione di luminosità che si ripeteva periodicamente, più o meno ogni 3 giorni. La riduzione era molto piccola, di appena l’1.5 %. Ma sufficiente per affermare che intorno alla stella orbitava un altro corpo celeste.

Le misure fotometriche della stella ottenute da Gaia, in funzione del tempo (in alto) e della fase (in basso). Crediti: Esa / Gaia / Dpac / Cu7 / Tau+Inaf, Aviad Panahi, Shay Zucker, Avaraham Binnenfeld, Tsevi Mazeh (Tel Aviv University), Gisella Clementini (Inaf Oas Bologna), Laurent Eyer (University Of Geneva), Krzysztof Nienartowicz (Sednai Sàrl) and the whole Cu7/Dpcg Team, and Cu5 Team.

Che si trattasse di un pianeta non era certo. Infatti, un simile calo di luce poteva essere causato anche da una nana bruna della stessa dimensione. In questo caso, però, la massa dell’oggetto doveva essere maggiore.

La tecnica dei transiti permette di misurare il raggio del pianeta (più è grande, più profondo è il transito), ma non fornisce alcuna informazione sulla massa.

Per avere una misura della massa del pianeta è necessario utilizzare un altro metodo, quello delle velocità radiali. Se una stella ospita un pianeta, oscilla leggermente a causa dell’attrazione gravitazionale esercitata dal pianeta. Possiamo accorgersi di questo effetto, generalmente molto piccolo, guardando gli spettri della stella: quando la stella si muove verso l’osservatore, le sue righe spettrali si spostano verso il blu. Al contrario, quando si allontana, le sue righe spettrali si spostano verso il rosso. È il cosiddetto effetto Doppler, che si verifica per qualunque sorgente di onde in movimento rispetto all’osservatore (in questo caso parliamo di onde elettromagnetiche). Dallo spostamento delle righe spettrali si può ricavare la componente della velocità della stella nella direzione dell’osservatore, ovvero la velocità radiale, e da qui, attraverso alcuni calcoli, determinare la massa del pianeta [2].

Gaia è in grado di fare misure spettroscopiche, ma non con la precisione necessaria per vedere un effetto così piccolo. Ecco perché lo spettrografo ad alta risoluzione PEPSI, installato sul Large Binocular Telescope [3] in Arizona, ha osservato la stella in questione tra il 23 dicembre 2020 e il 18 gennaio 2021, ottenendo nove spettri di alta qualità. L’osservazione è stata effettuata utilizzando l’Italian Director’s Discretionary Time, ossia un tempo reso disponibile dal direttore dell’Osservatorio in casi particolari come l’osservazione di un evento astronomico inatteso.

Le velocità radiali della stella misurate dallo strumento PEPSI di LBT, in funzione del tempo (in alto) e della fase (in basso). Crediti: Felice Cusano, Andrea Rossi (Inaf Oas Bologna) e Ilya Ilyin (Aip, Potsdam) / Pepsi / Lbt.

Grazie alle osservazioni di PEPSI, i ricercatori hanno potuto stabilire che la massa del corpo transitante è pari a 1.1 volte la massa di Giove, confermando che l’oggetto scoperto da Gaia è effettivamente un pianeta. Un hot jupiter per essere precisi, essendo massiccio come Giove ma ben più vicino alla sua stella.

NOTE
[1] L’Early Data Release 3 è l’ultimo catalogo astronomico della missione Gaia dell’Agenzia Spaziale Europea, rilasciato il 3 dicembre 2020. Contiene le posizioni di più di un miliardo e 800 milioni di stelle della Via Lattea, e per la maggior parte di esse fornisce anche la misura delle loro distanze e dei loro movimenti, oltre che di luminosità e colore. Questo catalogo costituisce ad oggi il censimento più dettagliato della nostra galassia.

[2] Più precisamente, la tecnica delle velocità radiali fornisce il limite inferiore alla massa del pianeta, ovvero la massa moltiplicata per il fattore sen(i), dove i rappresenta l’inclinazione del sistema stella–pianeta rispetto alla linea di vista. Solo se i=90°, cioè il sistema è visto di taglio, il valore fornito dal metodo delle velocità radiali è pari alla massa del pianeta.

[3] Il Large Binocular Telescope Observatory è una collaborazione internazionale di cui fa parte anche l’Italia attraverso l’INAF.