Ritratti molecolari: così ti fotografo gli esopianeti

Il pianeta diventa visibile quando si cercano le molecole di acqua (H2O) o monossido di carbonio (CO). Tuttavia, poiché nella sua atmosfera non ci sono né metano (CH4) né ammoniaca (NH3), rimane invisibile quando si cercano queste molecole, proprio come la stella ospite, che non contiene nessuna di queste quattro sostanze. Crediti: UniGe

Come “fotografare” un pianeta extrasolare? È un problema enorme. Gli esopianeti non si vedono. Così come i pianeti del nostro sistema solare, sono corpi che splendono poco e di sola luce riflessa: quella luce, diretta e molto più intensa, emessa dalla stella attorno alla quale orbitano. Intensa al punto da rendere i pianeti extrasolari – rarissime eccezioni a parte, per esempio se sono molto grandi e molto lontani dalla stella – del tutto invisibili anche ai migliori telescopi.

Come comparse messe in ombra dal protagonista di un film, per tentare di farsi notare i pianeti devono sfoderare caratteristiche uniche, caratteristiche che li contraddistinguano. Per fortuna queste caratteristiche esistono: sono le firme spettrali, le righe impresse nello spettro luminoso da molecole presenti nei pianeti e non nelle stelle. Facciamo un esempio: se, per assurdo, si potesse fare una fotografia con una pellicola sensibile solo alla luce contenente la “firma della pelle”, ecco che potremmo immortalare un volto anche in pieno controsole, con la certezza che solo il volto verrebbe immortalato, e non il sole alle spalle. O meglio: se dei milioni di pixel di quella fotografia si tenessero solo quelli che contengono la “firma della pelle”, ecco che avremmo – appunto – isolato il solo volto.

Ebbene, uno stratagemma analogo è stato ora adottato con successo da un team di astronomi dell’università di Ginevra e del National Centre of Competence in Research PlanetS (Nccr PlanetS) di Berna. Per collaudare la nuova tecnica, il team di astronomi, guidato da Jens Hoeijmakers del Leiden Observatory (Paesi Bassi), ha utilizzato immagini d’archivio della stella Beta Pictoris ripresa con lo spettrografo Sinfoni dell’Eso. Una stella, Beta Pictoris, attorno alla quale orbita un pianeta gigante, Beta Pictoris b. Ogni singolo pixel in quelle immagini contiene lo spettro della luce ricevuto da quel pixel.

Gli astronomi hanno dunque cercato, nello spettro di ogni pixel, la “firma” di alcune sostanze potenzialmente presenti nel pianeta ma non nella stella. Non la firma della pelle del nostro esempio precedente, ovvio, bensì firme di molecole come quella dell’acqua (H20) e del monossido di carbonio (CO), che sarebbe pressoché impossibile rinvenire in un ambiente con la temperatura elevata della stella. Ed ecco che esaltando solo quei pixel, come per magia, è apparso inconfondibile il pianeta (vedi i due riquadri a sinistra nell’immagine di apertura), mentre là dove c’è la stella non si vede nulla.

Ma c’è di più. Poiché ogni molecola ha temperature caratteristiche oltre alle quali non è in grado di resistere, osservano per quali firme il pianeta rimane visibile e per quali invece scompare è possibile inferire la sua temperatura. Per esempio, Beta Pictoris b è visibile – come abbiamo visto – selezionando i pixel con le firme dell’acqua e del monossido di carbonio, ma scompare (vedi i due riquadri a destra nell’immagine di apertura) quando si vanno invece a selezionare le firme del metano (CH4) e dell’ammoniaca (NH3). Un’informazione che ha consentito agli astronomi di ipotizzare, per il pianeta, una temperatura attorno ai 1700 gradi: troppo elevata per metano e ammoniaca, ma compatibile con vapore acqueo e monossido di carbonio.

«Con questa tecnica siamo appena agli inizi», dice entusiasta Hoeijmakers, «ma potrebbe cambiare il modo in cui vengono caratterizzati i pianeti e le loro atmosfere. Non vediamo l’ora di scoprire cosa sarà possibile fare con gli spettrografi del prossimo futuro, come Eris, destinato al Very Large Telescope, in Cile, o Harmoni, destinato invece all’Extremely Large Telescope, che sarà inaugurato nel 2025, anch’esso in Cile».

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Fonte: Ritratti molecolari: così ti fotografo gli esopianeti

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