MISURATA L'OBLIQUITÀ STELLARE CON L’EFFETTO ROSSITER-MCLAUGHLIN

Allineamento perfetto per i pianeti di Trappist-1

Utilizzando il telescopio Subaru, gli astronomi sono stati in grado di determinare che i pianeti simili alla Terra del sistema Trappist-1 non sono significativamente disallineati con la rotazione della stella. Si tratta di un risultato importante che aiuta a comprendere l'evoluzione dei sistemi planetari attorno a stelle di massa molto bassa. Tutti i dettagli su ApJ Letters

     16/05/2020
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Impressione artistica del sistema Trappist-1. Crediti: Naoj

Utilizzando il telescopio Subaru – costruito dall’Osservatorio astronomico nazionale del Giappone sulla cima del vulcano Mauna Kea, alle Hawaii – alcuni astronomi sono stati in grado di determinare che i pianeti simili alla Terra del sistema Trappist-1 non sono significativamente disallineati con la rotazione della stella. È un risultato importante, che aiuta a comprendere l’evoluzione dei sistemi planetari attorno a stelle di massa molto bassa; in particolare, l’evoluzione dei pianeti che orbitano attorno a Trappist-1, compresi quelli vicino alla zona abitabile.

Le stelle come il Sole non sono statiche, ma ruotano attorno al proprio asse. Chiaramente questa rotazione è più evidente quando esistono caratteristiche come le macchie solari sulla superficie della stella. Nel Sistema solare, le orbite di tutti i pianeti sono allineate entro sei gradi con la rotazione del Sole. In passato si ipotizzava che le orbite planetarie fossero allineate con la rotazione della stella, ma in realtà ora ci sono molti esempi di esopianeti le cui orbite sono fortemente disallineate con la rotazione della loro stella. La domanda allora sorge spontanea: i sistemi planetari possono formarsi fuori allineamento oppure i sistemi disallineati che sono stati osservati, sono nati allineati e solo in seguito, per qualche perturbazione, hanno perduto l’allineamento rispetto alla stella?

Il sistema Trappist-1 ha attirato l’attenzione degli astronomi perché ha tre piccoli pianeti rocciosi situati nella zona abitabile, o comunque molto vicino a essa, dove cioè potrebbe esistere acqua liquida. La stella centrale è una stella fredda e di massa molto bassa, una nana M, e quei pianeti le sono molto vicini. Questo sistema planetario è molto diverso dal Sistema solare. Determinarne la storia è importante perché potrebbe aiutare a capire se uno qualsiasi dei pianeti potenzialmente abitabili è effettivamente abitabile. Ma il sistema è interessante anche perché è privo di oggetti vicini che potrebbero perturbare le orbite dei pianeti, il che significa che le orbite dovrebbero essere prossime a quelle in cui i pianeti si sono formati. Quindi offre agli astronomi la possibilità di studiare le condizioni primordiali del sistema.

Illustrazione che mostra l’effetto di Rossiter–McLaughlin. L’osservatore è situato in basso. La luce proveniente dalla stella, che ruota in senso antiorario, è spostata verso il blu sul lato in avvicinamento, e verso il rosso nel lato opposto. Man mano che il pianeta passa di fronte alla stella, blocca prima la luce spostata verso il blu, poi quella verso il rosso, dando l’impressione che la velocità radiale apparente della stella vari, anche se in realtà resta costante. Crediti: Wikimedia Commons

Poiché le stelle ruotano su se stesse, la velocità relativa del lato della stella che ruota verso di noi sarà diversa da quella del lato che si sta allontanando. In altre parole, la luce proveniente dal lato della stella che viene verso di noi è spostata verso il blu, mentre la luce che proviene dal lato della stella che si sta allontanando da noi è spostata verso il rosso. Se un pianeta transita tra la stella e la Terra, blocca una piccola parte della luce emessa dalla stella, ed è possibile dire quale bordo della stella il pianeta stia attraversando per primo, quello che si sta allontanando o quello che si sta avvicinando. Questo fenomeno si chiama effetto Rossiter-McLaughlin. Usando questo metodo, è possibile misurare il disallineamento tra l’orbita del pianeta e la rotazione della stella. Tuttavia, fino ad ora tali osservazioni sono state limitate a grandi pianeti, delle dimensioni di Giove o Nettuno.

Un gruppo di ricercatori, tra i quali diversi membri del Tokyo Institute of Technology e del Centro di Astrobiologia in Giappone, ha osservato Trappist-1 con il Subaru Telescope per cercare un eventuale disallineamento tra le orbite planetarie e la stella. Il team ha approfittato del fatto che, il 31 agosto 2018, tre degli esopianeti in orbita attorno a Trappist-1 sono transitati di fronte alla stella in una sola notte. Due dei tre erano pianeti rocciosi vicino alla zona abitabile. Poiché le stelle di bassa massa sono generalmente deboli, fino ad ora è stato impossibile sondare l’obliquità stellare (l’inclinazione assiale di una stella rispetto al piano orbitale di uno dei suoi pianeti) per Trappist-1. Ma grazie all’apertura del telescopio Subaru e all’elevata risoluzione spettrale del nuovo spettrografo a infrarossi Ird, il team è stato in grado di misurare e scoprire che l’obliquità è bassa, prossima allo zero. Questa è la prima misurazione dell’obliquità stellare per una stella a massa molto bassa come Trappist-1, nonché la prima misurazione di Rossiter-McLaughlin per pianeti nella zona abitabile.

Subaru Telescope., sulla sommità del monte Mauna Kea, alle Hawaii. Crediti: Wikimedia Commons

Il leader del team, Teruyuki Hirano del Tokyo Institute of Technology, però avverte: «I dati suggeriscono l’allineamento dell’asse di rotazione stellare con gli assi orbitali dei pianeti, ma la precisione delle misurazioni non è abbastanza buona da escludere completamente un piccolo disallineamento delle orbite. Questa è la prima rilevazione dell’effetto con pianeti simili alla Terra e ulteriori studi caratterizzeranno meglio questo straordinario sistema di esopianeti».

Per saperne di più:

  • Leggi su The Astrophysical Journal Letters l’articolo “Evidence for Spin–Orbit Alignment in the TRAPPIST-1 System“,  di Teruyuki Hirano, Eric Gaidos, Joshua N. Winn, Fei Dai, Akihiko Fukui, Masayuki Kuzuhara, Takayuki Kotani, Motohide Tamura, Maria Hjorth, Simon Albrecht, Daniel Huber, Emeline Bolmont, Hiroki Harakawa, Klaus Hodapp, Masato Ishizuka, Shane Jacobson, Mihoko Konishi, Tomoyuki Kudo, Takashi Kurokawa, Jun Nishikawa, Masashi Omiya, Takuma Serizawa, Akitoshi Ueda e Lauren M. Weiss