LO STUDIO SU THE ASTROPHYSICAL JOURNAL

Cercando Planet Nine, il mondo che non c’è

Dal 2016 gli astronomi di tutto il mondo lo cercano ai confini del Sistema solare. Un team di ricercatori guidati dal Center for Computational Astrophysics del Flatiron Institute di New York ha provato a dargli la caccia scandagliando il cielo alle lunghezze d'onda millimetriche con l'Atacama Cosmology Telescope. Su migliaia di possibili sorgenti grezze individuate dal 2013 al 2019, nessuna si è rivelata essere un candidato Planet Nine convincente. Ne parliamo con una delle coautrici dello studio, Valentina Fanfani, dottoranda all’Università Milano-Bicocca

     21/03/2022
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Illustrazione artistica che mostra l’ipotetico Planet Nine. Crediti: Caltech/R. Hurt (Ipac)

Tutti lo cercano, ma nessuno lo trova. Stiamo parlando del fantomatico “nono pianeta”, Planet Nine in inglese: secondo le ultime stime, un mondo con una massa tra 5 e 10 volte quella della Terra la cui orbita, molto eccentrica, si troverebbe a una distanza dal Sole compresa tra 400 e 800 unità astronomiche. Per confronto, Nettuno, il pianeta più lontano dalla nostra stella, si trova a 30 unità astronomiche.

Proposto come nuovo membro del club dei pianeti del Sistema solare nel 2016 dai due ricercatori statunitensi Michael Brown e Konstantin Batygin, la sua esistenza spiegherebbe l’anomalia nei parametri orbitali di quattordici piccoli corpi rocciosi nella fascia di Kuiper, oltre l’orbita di Nettuno: le inclinazioni, i perieli, i moti retrogradi e loro linee degli apsidi  sembrano infatti essere influenzati dalla gravità di un oggetto massiccio nel Sistema solare esterno.

La sua tessera di pianeta è dunque pronta, il problema è, come dicevamo, che manca il tesserato: nessuno infatti lo ha visto, almeno non ancora. Ciò nonostante la sua ricerca continua. E poco importa se per spiegare tutte le anomalie orbitali osservate dei quattordici corpi siano state proposte ipotesi alternative che non contemplano alcun nuovo pianeta o se alcuni lavori suggeriscano che Planet Nine sia solo un incidente statistico.

L’ultimo tentativo in ordine di tempo di scovarlo ai confini del Sistema solare è stato fatto da un team di ricercatori guidati dal Center for Computational Astrophysics del Flatiron Institute di New York, utilizzando il telescopio di sei metri situato a 5.190 m di altitudine nel deserto di Atacama, nel nord del Cile: l’Atacama Cosmology Telescope (Act), uno fra gli strumenti attualmente più avanzati per ricerche di cosmologia. I risultati dello studio sono stati pubblicati a dicembre sulla rivista The Astrophysical Journal.

L’obiettivo principale del telescopio Act è di osservare il cielo alle lunghezze d’onda delle microonde per studiare la radiazione cosmica di fondo (Cmb), ma la risoluzione angolare relativamente alta e la sensibilità lo rendono adatto, oltre che per la ricerca di ammassi di galassie e nuclei galattici attivi, anche per la ricerca di Planet Nine. Un pianeta così distante sarebbe infatti estremamente difficile da individuare alle lunghezze d’onda dell’ottico anche per i telescopi più potenti, a causa della sua flebile luminosità, così come nell’infrarosso (in passato gli astronomi hanno provato a individuarlo utilizzando Wise, il Wide-field Infrared Survey Explorer, ma senza successo).

Poiché il  problema della distanza può essere aggirato osservando a lunghezze d’onda maggiori della luce visibile e dell’infrarosso, ad esempio alle lunghezze millimetriche o submillimetriche, subito dopo la proposta dell’esistenza di Planet Nine un team guidato da Nicolas Cowan, della McGill University, ha suggerito la ricerca dell’ipotetico pianeta utilizzando telescopi che studiano la Cmb – la luce più antica dell’Universo – operanti nel range di lunghezze d’onda comprese tra 1 e 3 mm. Attualmente, gli unici telescopi  con una risoluzione sufficientemente alta da avere qualche speranza di rilevare l’emissione nelle microonde di un oggetto debole e irrisolto come Planet Nine sono il South Pole Telescope e, appunto,  l’Atacama Cosmology Telescope – e di questi solo Act copre le basse latitudini dell’eclittica dove potrebbe nascondersi il pianeta.

Valentina Fanfani, dottoranda dell’Università Milano-Bicocca e co-autrice dello studio

«La ricerca di un pianeta in bande millimetriche rispetto alle canoniche osservazioni in ottico, che rilevano la luce riflessa del Sole, trae la sua motivazione dal forte decadimento della densità di flusso che ci si aspetta con la distanza, e che può essere aggirato osservando a lunghezze d’onda maggiori, dove domina l’emissione termica», spiega a Media Inaf  Valentina Fanfani, dottoranda dell’Università Milano-Bicocca e co-autrice dello studio. «Il bilancio termico di grandi oggetti lontani dal Sole è infatti dominato dalla loro contrazione gravitazionale e dal calore residuo di formazione, risultando in una temperatura che è approssimativamente indipendente dalla loro distanza dal Sole, e per distanze sufficientemente grandi questo può parzialmente compensare, o addirittura superare, il vantaggio di risoluzione di cui godono gli strumenti ottici rispetto a quelli a lunghezze d’onda millimetriche o sub-millimetriche».

Per cercare prove dell’esistenza del fantomatico mondo, Sigurd Naess, ricercatore del Center for Computational Astrophysics, e colleghi, tra cui diversi ricercatori dell’Università Milano – Bicocca, hanno scansionato con l’Atacama Cosmology Telescope circa l’87 per cento del cielo accessibile dall’emisfero meridionale per un periodo di sei anni. Successivamente, hanno elaborato le immagini millimetriche ottenute con una varietà di tecniche, al fine di individuare deboli sorgenti le cui caratteristiche rispecchiassero quelle stimate per il pianeta.

«Come punto di partenza per l’analisi qui effettuata, ci siamo basati su modelli del Pianeta 9 descritti da Fortney et al (ApJL, 2016), i quali tengono in considerazione una certa varietà di proprietà fisiche in termini di massa, raggio, temperatura e composizione fisica che tale pianeta può assumere», aggiunge Fanfani. «In particolare, abbiamo considerato due scenari principali per quanto riguarda la massa del pianeta, considerando sia una massa pari a 5 masse terrestri che pari a 10 masse terrestri; inoltre, ognuno di questi due scenari principali prevede dei sotto-modelli legati a tre diversi valori del raggio e a tre corrispondenti temperature superficiali, entrambi legati a delle variazioni per quanto concerne la struttura del pianeta come costituito da un nucleo di roccia e ghiaccio, e da un envelope di idrogeno ed elio. Ognuno di questi modelli del Pianeta 9 è quindi associato ad una certa densità di flusso che ci si aspetta il telescopio Act osservi in corrispondenza di ognuna delle tre bande di osservazione, e che varia a seconda della distanza del pianeta, che ci si aspetta sia correlata a sua volta alla sua stessa massa».

Il risultato delle indagini? Nessuna traccia di Planet Nine. Su circa 3500 possibili sorgenti grezze candidate, nessuna ha potuto essere confermata, dicono i ricercatori. Gli scienziati sono stati in grado di escludere con un intervallo di confidenza del 95 per cento la presenza di un nono pianeta con le proprietà sopra descritte all’interno dell’area esaminata, risultati, questi, coerenti con altre ricerche che non hanno trovato prove dell’esistenza del pianeta.

«La ricerca del Pianeta 9 ha coperto tutti i 18mila gradi quadrati del campo di vista di Act, e ha esplorato distanze da 300 a 2000 unità astronomiche e velocità fino a 6.3 arcominuti all’anno, producendo migliaia di candidati grezzi», dice Fanfani. «È stato infine stilato un elenco dei 10 candidati più forti, seppur nessuno abbia dimostrato di avere un rilevamento statisticamente significativo».

Per quanto concerne indagini future sulla ricerca di un nuovo pianeta da aggiungere al nostro Sistema solare, «il Simons Observatory, un esperimento in costruzione nel sito in cui si trova Act, e che vedrà la sua prima luce l’anno prossimo, potrebbe fornire una speranza. Esso non sarà ancora sufficiente per garantire una vera e propria scoperta, ma migliorerà sostanzialmente la porzione dello spazio dei parametri esplorata», conclude Fanfani, «riducendo il range delle possibilità e stringendo il campo della ricerca»

Per saperne di più:

  • Leggi su The Astrophysical Journal l’articolo “The Atacama Cosmology Telescope: A Search for Planet 9” di Sigurd NaessSimone Aiola, Nick BattagliaRichard J. BondErminia CalabreseSteve K. ChoiNicholas F. CothardMark HalpernJ. Colin HillBrian J. KoopmanMark DevlinJeff McMahonSimon DickerAdriaan J. DuivenvoordenJo DunkleyValentina FanfaniSimone FerraroPatricio A. GallardoYilun GuanDongwon HanMatthew HasselfieldAdam D. HincksKevin HuffenbergerArthur B. KosowskyThibaut LouisAmanda MacinnisMathew S. MadhavacherilFederico NatiMichael D. NiemackLyman PageMaria SalatinoEmmanuel SchaanJohn Orlowski-SchererAlessandro SchillaciBenjamin SchmittNeelima SehgalCristóbal SifónSuzanne StaggsAlexander Van Engelen ed Edward J. Wollack