Ritorno verso Kepler-10

Il metodo del transito utilizzato per scoprire nuovi esopianeti è stato indubbiamente quello di maggior successo che gli astronomi hanno progettato. A portare al successo questo metodo è stata in particolare la missione Kepler. E la prima stella che ha mostrato tracce di esopianeti al satellite è oggi nota con il codice Kepler-10. Questa è una stella simile al nostro Sole nella costellazione del Dragone e sempre intorno a Kepler-10 venne scoperto il primo pianeta roccioso, con una massa 3 volte quella della Terra, oltre quelli presenti nel Sistema Solare: Kepler-10b, la cui soperta venne annunciata nel gennaio del 2011.
A maggio di quello stesso anno venne poi annunciata la scoperta di un secondo pianeta, Kepler-10c, con una massa di più di 11 volte quella della Terra. Esami più accurati, però, suggerirono che la massa di Kepler-10c sia sensibilmente inferiore, intorno alle 7 volte quella della Terra e, soprattutto, che fosse prevalentemente costituito di acqua.
Ora un nuovo studio INAF basato su osservazioni raccolte con gli strumenti del TNG (lo spettrografo HARPS-N), che da un lato ha confermato che effettivamente la massa del pianeta è probabilmente la prima rilevata, 11 volte quella della Terra, e dall'altro fornito nuovi indizi a conferma della composizione del pianeta: costituito da acqua allo stato solido (ghiaccio) con una piccola percentuale di acqua liquida (forse!). Inoltre ha raffinato un po' la misura della massa del terzo pianeta del sistema, Kepler-10d, intorno alle 12 volte la massa della Terra. Quest'ultimo pianeta, però, non è stato scoperto grazie al metodo dei transiti, ma attraverso una anomalia gravitazionale rilevata nell'orbita di Kepler-10c.

Rappresentazione artistica di Kepler-10c - INAF

Comunicato stampa ufficiale

Kepler e la ricerca degli esopianeti in classe

Alcuni giorni fa, la missione Kepler ha annunciato la scoperta di un nuovo pianeta extrasolare, Kepler-186f, che è risultato roccioso e molto simile alla Terra non solo per dimensioni, ma anche per posizione e distanza dalla stella intorno cui ruota, Kepler-186, una nana rossa di classe M1 che si trova a circa 500 anni luce dal nostro pianeta. L'annuncio è stato accompagnato anche da un articolo su Science, che però è stato anche reso disponibile dalla Nasa in formato pdf.

(i pianeti in rosso sono troppo caldi per ospitare la vita)

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L'annuncio ricapitolato qui sopra, però, mi sembra una buona occasione per ricordarvi che, tempo addietro, ho scritto una coppia di post (uno uscito anche su Doc Madhattan) dedicati proprio alla missione Kepler e a come si possano riprodurre in classe gli esperimenti per la ricerca degli esopianeti:

Simulare il transito di pianeti extrasolari | Studio, in classe, delle biotracce di un pianeta extrasolare

Emozioni twittere!

Ed eccovi il permalink del tweet di cui sopra, e visto che ci sono anche il link all'infografica interattiva!

Simulare il transito di pianeti extrasolari

Questo post partecipa alla 29.ma edizione del Carnevale della Fisica di Marzo 2012 ospitato da Marco Casolino

La ricerca di pianeti extrasolari (o esopianeti) ha avuto il suo primo successo nel 1991 con la scoperta di alcuni pianeti intorno alla pulsar PSR1257+12^{(1, 2, 3)} misurando le variazioni sugli impulsi radio provenienti dalla stella. La seconda tappa importante nella ricerca sugli esopianeti avviene nel 1995, con la scoperta intorno alla stella 51 Pegasi (stella di tipo solare) di un pianeta di tipo gioviano, trovato a una distanza inferiore rispetto all'orbita di Mercurio nel nostro sistema solare⁽⁴⁾.

(51 Pegasi via BBC)

Queste scoperte iniziali, e molte altre fino, in pratica, al 2009^{(5, 6)}, sono avvenute grazie al metodo della velocità radiale o oscillazione Doppler: in pratica si parte dall'ipotesi che la velocità radiale di una stella sia influenzata dalla presenza di un pianeta in orbita intorno alla stella stessa. IN questo modo la velocità radiale proveniente dalla stella sarà tendente al blu quando il pianeta sulla sua orbita si muove verso la Terra, tendente al rosso quando il pianeta si allontana⁽⁷⁾. Con la velocità radiale, però, è piuttosto difficile determinare l'esatta orbita di un pianeta (o comunque qualcosa che gli si avvicini) e quindi permette di fatto di determinare il periodo di rotazione orbitale intorno alla stella e l'eccentricità (ovvero la deviazione da una circonferenza) dell'orbita del pianeta stesso. A questo bisogna aggiungere che il metodo è efficace soprattutto per pianeti massicci.
Nella ricerca di un metodo più efficace ecco che si decide di utilizzare il metodo del transito, basato sull'esame della luce emessa dalla stella verso la quale si puntano i propri strumenti e considerato da Dimitar Sasselov⁽⁸⁾ come il metodo d'osservazione più fruttuoso: quando questa luce diminuisce, questo vuol dire che davanti alla stella sta passando un oggetto. In questo modo è possibile, poi, determinare il raggio di un pianeta e il suo periodo orbitale. Utilizzando sostanzialmente gli stessi strumenti usati per la rilevazione del pianeta, è anche possibile studiare l'atmosfera del pianeta stesso, determinando la sua composizione, la temperatura e l'eventuale presenza e formazione di nuvole.

(confronto tra velocità radiale e transito⁽⁷⁾)

Su quest'ultimo metodo si basa uno degli esperimenti più noti e importanti degli ultimi anni: la missione Kepler. Lanciata il 6 marzo del 2009⁽⁵⁾, ha scoperto 2326 pianeti candidati al 5 dicembre 2011, con le prime scoperte pubblicate su Science nel 2010⁽⁵⁾

(i primi transiti di Kepler⁽⁵⁾)

In effetti, osservando sia l'immagine sopra, sia l'infografica precedente, gli astronomi sono alla ricerca di una sorta di buche di luce, che consentono di determinare un po' di dati dal pianeta candidato come massa, tempo orbitale e altre cosine del genere, come ad esempio è avvenuto per il sistema Kepler-11⁽⁹⁾:

(transiti dei pianeti di Kepler-11⁽⁹⁾)

Lo studio è interessante perché oltre a combinare i dati relativi al sistema in particolare, raccoglie anche informazioni su un pianeta in particolare, Kepler-11g, e propone anche deduzioni, basate sui dati raccolti ovviamente, sulla composizione e formazione del sistema planetario, fornendo così, oltre a una serie di dati scientifici interessanti, un buon esempio delle potenzialità della missione in generale.
La missione Kepler, dunque, è stata in questi ultimi 2-3 anni, una fonte di notizie interessanti e può essere scolasticamente interessante utilizzare Kepler per iniziare a portare l'astronomia in classe. I vantaggi di tale approccio per quel che riguarda la didattica della fisica sono molteplici e si possono enfatizzare alcuni di questi piuttosto che altri in base all'ordine e al grado della scuola. Ad esempio si possono avvicinare gli studenti allo studio diretto dei dati degli esperimenti astronomici, quasi tutti pubblici e liberamente consultabili, alcuni anche in formati semplici da leggere anche con gli usuali editor di testo, in modo da abituarsi all'elaborazione di dati reali e alla loro elaborazione statistica^{(11, 12)}, ma è anche possibile realizzare una sorta di missione Kepler in miniatura⁽¹⁰⁾: