RIFLESSI SULL’ATMOSFERA GHIACCIATA

Bagliori dal più eccentrico dei pianeti

HD 20782b ha l’orbita più schiacciata che si conosca tra gli esopianeti. Ora, grazie a nuove osservazioni, è stata vista la luce riflessa dall'atmosfera di questo mondo eccentrico, dove sembrano permanere cristalli di ghiaccio riflettenti che non hanno il tempo di sciogliersi durante il brevissimo volteggio attorno alla sua stella. Con il commento di Isabella Pagano dell'INAF di Catania

L’orbita fortemente schiacciata di HD 20782, più simile a quella di una cometa che di un corpo planetario, rappresentata relativamente ai pianeti più interni del Sistema solare. Crediti: Stephen Kane

L’orbita fortemente schiacciata di HD 20782, più simile a quella di una cometa che di un corpo planetario, rappresentata relativamente ai pianeti più interni del Sistema solare. Crediti: Stephen Kane

Si sapeva già del suo essere fuori dagli schemi: il pianeta extrasolare HD 20782b, un gigante gassoso con massa circa 2 volte quella di Giove, gravante attorno a una stella nana gialla, simile al Sole, situata a 117 anni luce dalla Terra, è il più eccentrico che si conosca. Nuove osservazioni condotte da un gruppo di ricerca internazionale guidato dall’astronomo Stephen R. Kane, della San Francisco State University, i cui risultati sono stati recentemente pubblicati su Astrophysical Journal, non solo hanno meglio calcolato l’orbita totalmente decentrata di HD 20782b attorno alla sua stella, ma hanno anche visto, per la prima volta, bagliori di luce riflessa dall’atmosfera del pianeta.

HD 20782b è stato scoperto con il metodo della velocità radiale, ovvero lo studio dei “sobbalzi” che le masse planetarie inducono nel moto della stella ospite. Il pianeta è particolarmente interessante proprio per l’estrema eccentricità della sua orbita, che assomiglia più a quella di una cometa che a quella di un corpo planetario. Piuttosto che un percorso quasi circolare, come i pianeti del nostro Sistema solare attorno al Sole, questo esopianeta schizza come una pallina da flipper tra i due estremi della sua orbita a ellisse quasi appiattita, orbita che porta a termine in 597 giorni.

All’estremo allontanamento il pianeta si viene a trovare a una distanza equivalente a 2.5 volte la distanza tra il Sole e la Terra, che sarebbe ben oltre l’orbita Marte nel Sistema solare. Al suo massimo avvicinamento arriva invece quasi a sfiorare sua stella: sei centesimi della distanza tra il Sole e la Terra, molto più vicino di quanto lo sia Mercurio alla nostra stella. Tutto questo deve necessariamente determinare un’escursione termica superficiale notevole, qualcosa dell’ordine tra i -70° e i 1200° Celsius.

Uno dei telescopi robotici a Cerro Tololo, in Cile, usati per le osservazioni di HD 20782b. Crediti: Smarts

Uno dei telescopi robotici a Cerro Tololo, in Cile, usati per le osservazioni di HD 20782b. Crediti: Smarts

Il gruppo di ricerca guidato da Kane ha prima determinato con precisione i parametri orbitali di HD 20782b nell’ambito del programma Transit Ephemeris Refinement and Monitoring Survey (TERMS), e poi cercato di osservare il transito del pianeta di fronte alla sua stella. Finora, quello del “transito” è il metodo che ha permesso di scoprire il maggior numero di esopianeti, e permette di avere informazioni sul volume dell’esopianeta, calcolato in base a quanta parte della luce stellare il pianeta riesce a schermare alla nostra vista, diminuendone la luminosità apparente.

Nel caso di HD 20782b, i ricercatori hanno invece osservato la luce della sua stella aumentare di intensità in rapidi bagliori, deducendo che questi flash sono presumibilmente dovuti al repentino surriscaldamento dell’atmosfera planetaria quando si avvicina alla stella.

La percentuale di luce riflessa da un pianeta, cioè quanto luminoso appare in cielo, è in parte determinata dalla composizione della sua atmosfera. Pianeti avvolti in strati di nuvole cariche di particelle ghiacciate, come Venere e Giove, per esempio, sono molto riflettenti.

Secondo i ricercatori, è probabile che i cristalli di ghiaccio presenti nell’atmosfera di HD 20782b non abbiano il tempo di sciogliersi durante il brevissimo tempo in cui si avvicina di più alla stella, mantenendo alta la riflettività della superficie. Sebbene gli astronomi non possano ancora determinare l’esatta composizione dell’atmosfera che circonda HD 20782b, questa nuova osservazione suggerisce che potrebbe avere caratteristiche simili a quella di Giove, appunto con una copertura nuvolosa altamente riflettente.

Illustrazione di HD 20782, il pianeta con l’orbita più eccentrica che si conosca, mentre passa vicino alla sua stella. Crediti: NASA

Illustrazione di HD 20782, il pianeta con l’orbita più eccentrica che si conosca, mentre passa vicino alla sua stella. Crediti: NASA

«Pianeti dall’orbita molto eccentrica come HD 20782b sono estremamente interessanti perché, come accade per le comete, per la maggior parte della loro orbita essi sono distanti dalla stella e interagiscono debolmente con essa, ma quando si avvicinano, l’interazione può essere importante e dar luogo a fenomeni osservabili», commenta a Media INAF Isabella Pagano dell’INAF di Catania e responsabile scientifico per l’Italia della futura missione spaziale CHEOPS (Characterizing ExOPLanet Satellite) dell’ESA, l’Agenzia spaziale europea.

«Nel caso di HD 20782», prosegue Pagano, «è stata misurata la quantità di luce proveniente dal sistema planetario nel momento in cui il pianeta si è trovato a passare nel periastro, il punto di massima vicinanza del pianeta alla stella, osservando un aumento di luminosità dovuto al fatto che, come uno specchio, il pianeta ha riflesso la luce della stella. La capacità di riflettere, e la misura di quanta luce sia stata riflessa, ci forniscono informazioni sulla struttura della atmosfera del pianeta».

«I pianeti massicci in orbite molto eccentriche sono quindi degli ottimi candidati per fare misure con strumenti in grado di raccogliere e misurare con grande precisione le variazioni di luce», conclude Pagano. «Il piccolo satellite CHEOPS, che porterà a bordo un telescopio progettato dai ricercatori dell’INAF e costruito in Italia negli stabilimenti fiorentini del gruppo Finmeccanica, avrà tra i suoi obiettivi scientifici proprio la misura delle variazioni di luminosità di sistemi planetari simili a HD 20782b, per derivare le caratteristiche principali delle atmosfere planetarie».

Ma cosa ha portato questo pianeta a porcorrere una tale peculiare orbita?  «Può diventare davvero difficile cercare di spiegare come un pianeta come questo sia arrivato a compiere un’orbita così eccentrica», spiega Kane. «È un po’ come analizzare gli indizi presenti su una scena del delitto: sai che qualcosa di brutto è successo, ma devi scoprire che cosa lo abbia causato».

Movente a parte, nel caso di HD 20782b la lista dei “sospetti” per la sua eccentricità è in realtà assai corta: o un altro pianeta originariamente presente nel sistema stellare, la cui orbita divenne instabile; oppure la stella compagna HD 20781, avvicinatasi tanto al sistema di HD782 da “stiracchiare” l’orbita del suo pianeta, in precedenza più regolare.

Gli autori del nuovo studio invitano i colleghi di tutto il mondo a puntare i loro telescopi verso HD 20782b al momento del suo prossimo periastro, che avverrà il 3 settembre 2016, alle 9:36 ora italiana. A più lunga scadenza, come già accennato, la missione spaziale CHEOPS, il cui lancio è previsto per il 2018, ha già HD 20782b nella sua lista di cold case da esaminare.

Referenze:

  • Il preprint dell’articolo “Evidence for Reflected Light from the Most Eccentric Exoplanet Known”, di Stephen R. Kane, Robert A. Wittenmyer, Natalie R. Hinkel, Arpita Roy, Suvrath Mahadevan, Diana Dragomir, Jaymie M. Matthews, Gregory W. Henry, Abhijit Chakraborty, Tabetha S. Boyajian, Jason T. Wright, David R. Ciardi, Debra A. Fischer, R. Paul Butler, C.G. Tinney, Brad D. Carter, Hugh R.A. Jones, Jeremy Bailey, Simon J. O’Toole, apparso su The Astrophysical Journal