Con l’aiuto del telescopio spaziale CHEOPS, un team internazionale di astronomi europei è riuscito a confermare chiaramente l’esistenza di quattro nuovi esopianeti. I quattro cosiddetti mini-nettuni sono più piccoli e più freddi e quindi più difficili da trovare rispetto ai cosiddetti Hot Jupiter, che sono già stati scoperti in gran numero. Due dei quattro studi provengono da ricercatori dell’Università di Berna e dell’Università di Ginevra, che sono anche membri del Centro nazionale di competenza per la ricerca (NCCR) PlanetS.
CHEOPS è una missione congiunta dell’Agenzia spaziale europea (ESA) e della Svizzera, guidata dall’Università di Berna in collaborazione con l’Università di Ginevra. Dal suo lancio nel dicembre 2019, le misure estremamente precise di CHEOPS hanno contribuito a diverse importanti scoperte nel campo degli esopianeti.
I membri del NCCR PlanetS, Solène Ulmer-Moll delle Università di Berna e Ginevra e Hugh Osborn dell’Università di Berna, hanno utilizzato la sinergia unica di CHEOPS e del satellite TESS della NASA per scoprire una serie di esopianeti difficili da identificare. I pianeti, denominati TOI 5678 b e HIP 9618 c’sono grandi come Nettuno o leggermente più piccoli, con 4,9 e 3,4 raggi terrestri. Gli studi corrispondenti sono stati appena pubblicati sulle riviste Astronomy & Astrophysics e Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Altri due membri del team internazionale, Amy Tuson dell’Università di Cambridge (Regno Unito) e Zoltán Garai dell’Osservatorio Astrofisico ELTE Gothard (Ungheria), hanno utilizzato la stessa tecnica per identificare due pianeti simili in altri sistemi.
La sinergia di due satelliti
Il satellite CHEOPS osserva la luminosità delle stelle per rilevare il leggero oscuramento che si verifica quando un pianeta nella sua orbita passa davanti alla sua stella come la vediamo noi. Cercando questi eventi di oscuramento, chiamati transiti, gli scienziati sono riusciti a scoprire la maggior parte delle migliaia di esopianeti che orbitano attorno a stelle diverse dal nostro Sole.
Il satellite TESS della NASA eccelle nel rilevare i transiti di esopianeti, anche per i pianeti minori più difficili da individuare. Tuttavia, cambia il suo campo visivo ogni 27 giorni per scansionare rapidamente la porzione di cielo più ampia possibile. Questo impedisce a TESS di trovare pianeti su orbite più lunghe", spiega Hugh Osborn. Tuttavia, il satellite TESS è stato in grado di osservare singoli transiti di pianeti intorno alle stelle TOI 5678 e HIP 9618. Quando è tornato nello stesso campo visivo due anni dopo, ha osservato nuovamente transiti simili intorno alle stesse stelle. Nonostante queste osservazioni, non era ancora possibile concludere in modo inequivocabile sulla presenza di pianeti intorno a queste stelle, poiché mancavano ancora informazioni cruciali. È qui che entra in gioco CHEOPS: il satellite si concentra su una singola stella alla volta e quindi CHEOPS è una missione di follow-up perfettamente adatta a osservare ulteriormente queste stelle per fornire le informazioni mancanti", aggiunge Solène Ulmer-Moll.
Una lunga partita a nascondino
Sospettando la presenza di esopianeti, il team di CHEOPS ha ideato un metodo per evitare di sprecare alla cieca tempo prezioso di osservazione nella speranza di scoprire ulteriori transiti. I ricercatori hanno scelto un approccio mirato basato sui pochi indizi forniti dai transiti osservati da TESS. Su questa base, Osborn ha sviluppato un software che suggerisce e dà priorità ai possibili periodi per ogni pianeta. ’Poi giochiamo una sorta di nascondino con i pianeti e con il satellite CHEOPS’, dice Osborn.
Ci sono voluti rispettivamente cinque e quattro tentativi prima che i ricercatori potessero confermare inequivocabilmente l’esistenza dei due esopianeti e stabilire che TOI 5678 b ha un periodo orbitale di 48 giorni, mentre HIP 9618 c’ha un periodo orbitale di 52,5 giorni.
Obiettivi ideali per il JWST
Per gli scienziati la storia non finisce qui. Con i periodi limitati appena scoperti per i transiti, sono stati in grado di passare alle osservazioni a terra utilizzando una tecnica diversa, il metodo della velocità radiale. Ciò ha permesso al team di determinare masse di 20 masse terrestri per TOI 5678 b e di 7,5 masse terrestri per HIP 9618 c, rispettivamente. Quando si conoscono sia le dimensioni che la massa di un pianeta, di solito è possibile dedurre la sua densità e i ricercatori possono farsi un’idea di come è fatto.
Tuttavia, per i mini-Nettuni, la densità non è sufficiente e ci sono ancora alcune ipotesi sulla composizione dei pianeti: Potrebbero essere pianeti rocciosi con molto gas oppure pianeti ricchi di acqua con atmosfere molto vaporose", spiega Ulmer-Moll. Poiché i quattro esopianeti appena scoperti orbitano attorno a stelle luminose, sono anche di grande interesse per la missione JWST del James Webb Space Telescope: Il JWST potrebbe aiutare a risolvere il mistero della loro composizione", continua Ulmer-Moll.
La maggior parte delle atmosfere degli esopianeti osservati finora sono quelle dei Giovi caldi, che sono esopianeti molto grandi e caldi che orbitano vicino alla loro stella madre. I quattro nuovi pianeti che abbiamo scoperto hanno temperature molto più moderate, tra i 217 e i 277ºC. A queste temperature possono sopravvivere nubi e molecole che altrimenti verrebbero distrutte dal grande calore di Giove caldo. E potrebbero essere potenzialmente scoperti dal JWST", spiega Osborn. I quattro pianeti appena scoperti, più piccoli di Giove caldo e con periodi orbitali più lunghi, rappresentano un primo passo verso l’osservazione di pianeti transitori simili alla Terra.
