Questa immagine ottenuta con la camera NICMOS dell’Hubble, che lavora nel vicino infrarosso, mostra il sistema TMR-1 (Taurus Molecular Ring, star 1 – binary) di giovani stelle doppie (al centro) e rivela una lunga e sottile nebulosa che punta verso un oggetto (in basso a sinistra) che potrebbe rappresentare il primo pianeta extrasolare ad essere osservato direttamente.
Gli oggetti più luminosi sono le protostelle del sistema binario, che illuminano l’estesa nube di gas e polveri (immagine centrale) dalla quale esse si sono formate. Le protostelle sono circondate da una tale quantità di polveri che di fatto non sono accessibili alle lunghezze d’onda del visibile. Comunque, la radiazione infrarossa riesce ad attraversare le polveri e ci consente di individuare le sorgenti. La debole croce multicolore che si estende nelle vicinanze del sistema binario è un effetto ottico che si produce ogniqualvolta l’Hubble osserva oggetti molto luminosi.
Sotto a sinistra c’è un punto di luce molto più debole rispetto alle stelle doppie. Calcoli teorici indicano che questo compagno è troppo debole per essere una stella ordinaria, mentre l’ipotesi che si tratti di un protopianeta caldo e di grande massa corrisponderebbe meglio al grado di luminosità osservata.
Il possibile protopianeta appare alla distanza di 230 miliardi di chilometri dal sistema binario (1400 volte la distanza tra la Terra e il Sole). Una luminosa scia di nebulosità si estende tra il sistema binario e il debole compagno, suggerendo la possibilità che esso ne sia stato espulso.
I modelli attuali prevedono che i giovani pianeti giganti siano ancora caldi per la contrazione gravitazionale e per i processi di formazione, con temperature di alcune migliaia di gradi. Questo fatto li rende relativamente luminosi all’infrarosso rispetto ai pianeti giganti più vecchi come il nostro Giove. Tuttavia i pianeti giovani sono difficili da scorgere in un sistema solare in formazione a causa del riverbero proveniente dalla stella centrale che copre il loro debole bagliore.
Un giovane pianeta espulso da un sistema binario può quindi rappresentare un’opportunità unica per lo studio dei pianeti extrasolari, utilizzando le attuali tecnologie.
L’immagine è stata catturata il 4 agosto 1997 utilizzando la camera NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer) a tre diverse lunghezze d’onda (1.6, 1.9, e 2.05 micron). I membri del gruppo di ricerca comprendono Susan Terebey (Extrasolar Research Corp.), Dave Van Buren, Deborah L. Padgett (JPL), Terry Hancock (Extrasolar Research Corp.), e Michael Brundage (JPL).
| TMR-1 | |
| nome della stella | TMR-1 (Taurus Molecular Ring, star 1 – binary) |
| nome del pianeta | TMR-1C |
| Costellazione: | Toro |
| Cordinate: | 4h39m15s RA, +25d53m Dec. |
| Distanza: | 450 anni luce |
| Ampiezza del campo visivo: | 19 secondi l’arco |
Hubble riprende la prima immagine di un pianeta extrasolare fuggiasco
Il telescopio Spaziale Hubble ha fornito agli astronomi la prima visione diretta di un possibile pianeta al di fuori del Sistema Solare – questo pianeta apparentemente e’ stato espulso nello spazio dalle stelle progenitrici.
La scoperta è stata realizzata da Susan Terebey della Extrasolar Research Corporation e dal suo gruppo usando lo strumento NICMOS a bordo di HST. Ciò che segue sfida le teorie convenzionali riguardo alla nascita e all’evoluzione dei pianeti ed offre nuove prospettive sulla formazione del nostro stesso sistema solare.
L’oggetto, chiamato TMR-1C, si trova all’interno di una regione di formazione stellare nella costellazione del Toro e sembra giacere alla fine di un filamento luminoso che si suppone sia stato emesso nelle vicinanze di un sistema binario appena formato.
Alla distanza di 450 anni luce, la stessa distanza del sistema binario appena formato, il candidato protopianeta risulta diecimila volte meno luminoso del Sole. Se la sua età è di alcune centinaia di migliaia di anni, la stessa del sistema di stelle che lo ha generato, allora la sua massa dovrebbe essere 2-3 volte la massa di Giove, il pianeta piu’ grande del sistema solare.
Ma e’ anche possibile che l’oggetto abbia al massimo 10 milioni di anni, la stessa eta’ delle altre giovani stelle nelle vicinanze, nel qual caso potrebbe essere un pianeta gigante oppure una nana bruna. Una nana bruna e’ una stella molto piccola che non è riuscita ad accendere le reazioni di fusione nucleare.
Il candidato protopianeta si trova ora a 180 miliardi di chilometri (1200 Unità Astronomiche) dalle stelle progenitrici e si presume stia vagando nello spazio interstellare alla velocita’ di 10 km/s – destinato a perdersi eternamente fra le stelle della Via Lattea.
I ricercatori stimano che la probabilita’ che si tratti soltanto di una stellina di sfondo sia il 2%.
"Se i risultati fossero confermati, questa scoperta ci direbbe che i pianeti giganti si formano molto velocemente. Sembra strano che noi siamo riusciti a vedere questo fenomeno se i pianeti giganti non sono comuni nei sistemi binari" afferma Terebey. "I risultati non ci consentono di annunciare la presenza di pianeti simili alla Terra, tuttavia noi crediamo che la presenza dei pianeti giganti gassosi abbia un qualche ruolo nella formazione dei pianeti terrestri".
I modelli correnti predicono che i pianeti giganti appena formati siano riscaldati dal processo di contrazione. Questo li rende particolarmente brillanti in luce infrarossa, rispetto ai pianeti giganti vecchi, come ad esempio Giove. Anche in questa situazione i giovani pianeti sono difficili da individuare all’interno di sistemi planetari recenti, a causa della luminosità della stella centrale, che maschera il loro debole bagliore. Giovani pianeti espulsi da sistemi binari rappresentano un’occasione unica per individuarli con la tecnologia corrente.
La scoperta inoltre sfida le teorie attuali che predicono che la formazione per accrescimento di un pianeta gassoso occupi milioni di anni. Viene favorita invece la teoria che i pianeti gassosi si formino contemporaneamente alle loro stelle progenitrici.
"Questa osservazione ci riporta indietro nel tempo, alle fasi della formazione dei pianeti, ci offre la possibilità di osservarne i processi in scale temporali piuttosto brevi e ci fornisce nuovi preziosi indizi anche sulla formazione del nostro Sistema Solare" ha affermato Terebey.
Il candidato protopianeta e’ stato scoperto accidentalmente da Terebey e collaboratori durante lo studio con il telescopio spaziale di immagini infrarosse di stelle appena formate nelle nubi molecolari del Toro. La squisita sensibilita’ e la definizione di NICMOS rivela chiaramente l’oggetto. Tuttavia esso sarebbe stato classificato come stella di sfondo se non ci fosse stato il filamento lungo 180 miliardi di km come ponte tra il presunto pianeta ed il sistema binario.
Terebey si sbilancia nel presumere che il tunnel sia stato "scavato" dal pianeta attraverso le nubi di polvere, e che la luce proveniente dal sistema binario venga riflessa lungo le pareti del tunnel come in una fibra ottica.
Il meccanismo di espulsione ricorda l’effetto fionda abitualmente sfruttato dalle sonde spaziali in prossimità dei pianeti: si "ruba" momento angolare al pianeta e si acquista velocità. "Sappiamo che molti sistemi tripli di stelle espellono la stella di massa minore e possiamo predire la velocità con cui questa si allontana in funzione della separazione tra le due stelle principali" afferma Terebey.
Ulteriori osservazioni saranno necessarie per confermare la natura planetaria dell’oggetto e la velocità di allontanamento. Infatti lo studio dello spettro ci dirà finalmente se si tratta di una stella di sfondo, di una nana bruna oppure di un pianeta gassoso.
TMR-1C: un pianeta fuggiasco?
Gli astronomi ritengono che i pianeti si possano formare intorno a stelle singole, come i pianeti che si sono formati intorno al nostro Sole. In questi sistemi, i resti di gas e polveri appartenenti alla nebulosa protoplanetaria da cui si è condensato il Sole, prendono a poco a poco ad aggregarsi per milioni di anni. La progenie risultante continua ad orbitare intorno alla stella.
In alcuni sistemi binari, gli astronomi predicono che la formazione dei pianeti sia tutto tranne che ordinata. In questo ambiente caotico un pianeta si può condensare molto velocemente dalla contrazione di gas e polveri. Tuttavia esso non permane a lungo in compagnia delle stelle progenitrici: un sistema di due corpi è stabile, mentre uno formato da tre corpi non lo è. Pertanto il pianeta viene espulso a grande velocità dal sistema binario.
La vita in alcuni sistemi binari può essere brutale, come ci mostrano le immagini dal Telescopio Spaziale Hubble di un possibile giovane pianeta gassoso espulso da un altrettanto giovane sistema binario (TMR-1) che si trova in una vasta regione di formazione stellare nella costellazione del Toro. Queste sorprendenti immagini sono le prime riprese di un possibile pianeta extrasolare.
"Ciò è incredibilmente eccitante: vedere un pianeta extrasolare per la prima volta", dice l’astrofisico Alan Boss del Carnagie Institution di Washington. "Questa è un’osservazione importante, senza precedenti, come lo è stata la prima scoperta indiretta di un pianeta extrasolare".
A partire dal 1995, sono stati scoperti ben otto pianeti intorno ad altre stelle, ma in modo indiretto, vale a dire che nessuno mai è riuscito ad ottenerne delle immagini. Questi pianeti sono stati identificati studiando le anomalie del moto delle stelle intorno alle quali essi orbitano.
Fino a questa osservazione di HST, tutti i pianeti rilevati orbitavano intorno a stelle di media età, come il nostro Sole. In particolare queste immagini hanno mostrato agli astronomi che la condensazione di un pianeta avviene molto più rapidamente di quanto essi credevano. Questo supporta l’idea che non tutti i pianeti si formino lentamente ed abbiano vicini permanenti. Le teorie correnti affermano che dapprima le polveri e poi i gas ci mettono circa 10 milioni di anni per condensarsi dalla nebulosa e formare così un pianeta gigante. Tuttavia il pianeta gigante dell’immagine di HST ci ha messo solo 300.000 anni per formarsi. L’unico modo per spiegare questa rapidissima formazione, afferma Boss, è la condensazone diretta dallo stesso disco protoplanetario da cui si sono formate le due stelle del sistema binario. Dunque il meccanismo di formazione è comune a stelle, nane brune e pianeti giganti. Le nane brune sono corpi celesti intermedi tra pianeti e stelle: sono stelle che non hanno abbastanza massa da accendersi.
Il gigante gassoso ripreso da HST ha approssimativamente la stessa età delle stelle genitrici: circa 300.000 anni. I pianeti gassosi sono centinaia di volte più massicci della Terra e sono costituiti completamente da gas.
C’è più di un modo per costruire un pianeta gassoso.
Boss è un sostenitore del metodo "veloce" di costruzione dei giganti gassosi, almeno in certi casi. "Se questo è un pianeta e il sistema ha solo 300.000 anni, evidentemente la teoria convenzionale non funziona".
Ciò nonostante, gli astrofisici ritengono che altri pianeti giganti, come Giove, si siano formati nella maniera convenzionale.
Un fertile terreno di coltura
Boss crede anche che i sistemi binari siano particolarmente favorevoli per la formazione di pianeti o almeno non così pericolosi per la salute di giovani pianeti come una volta si pensava.
Metà dei pianeti individuati indirettamente alcuni anni fa, risiede in sistemi binari. Sebbene questi sistemi binari siano fertili, tuttavia non è detto che siano necessariamente un ambiente adatto per custodire i pianeti.
Gli astrofisici credono che il pianeta ripreso da HST si sia formato grosso modo alla stessa distanza dei pianeti gassosi nel nostro sistema solare: ovvero da 700.000 km a due miliardi di km. Il giovane pianeta lungo la sua orbita intorno ad una stella, sarebbe stato disturbato dalla seconda e spinto un po’ più vicino ad una delle due. A lungo andare il pianeta avrebbe preso energia dalle due stelle e dunque sarebbe stato espulso dal sistema. Esso sta ora sfuggendo dal sistema binario alla velocità di 20 km/s.
Pianeti solitari
Gli antichi greci avevano chiamato i pianeti "stelle vaganti" a causa del loro movimento sulla volta celeste rispetto alle stelle fisse. Probabilmente questo modo di indicarli ha colto nel segno. Il pianeta ritratto da HST è vagante nel vero senso della parola: è destinato a perdersi nello spazio interstellare. Boss si meraviglia di quanti pianeti vaganti ci possono essere nella regione di formazione stellare nel Toro. Egli ritiene che per molti sistemi binari in formazione si possa essere formato uno o addirittura due pianeti gassosi presto espulsi e costretti a vagare tra le stelle.
"Ci vogliono da 10.000 a 100.000 anni affinché un pianeta venga espulso da un sistema binario come questo" afferma Boss. "Chi può dirlo? probabilmente questo sistema binario ha espulso un altro pianeta prima di questo". Questa è una delle possibilità di cui gli astronomi terrano conto per future osservazioni.
La natura stupefacente del gigante gassoso rinforza anche la convinzione che alcuni giganti gassosi migrino. Il pianeta dell’immagine di HST sta fuggendo dal sistema binario, ma le precedenti scoperte di pianeti extrasolari avevano evidenziato che quei giganti gassosi si stavano avvicinando alle loro stelle, probabilmente a causa di interazioni con altri pianeti.
L’effimera divisione tra Nane brune e pianeti giganti gassosi.
L’immagine di Hubble offre interessanti indizi sulla formazione di pianeti giganti gassosi in mondi caotici quali i sistemi binari.
Ma le informazioni estratte dall’immagine pongono anche una domanda che lascia perplessi: c’è differenza tra un pianeta gigante gassoso ed una nana bruna?
La risposta è: probabilmente non c’è differenza nel modo in cui si formano. Boss spiega che la differnza potrebbe consistere nel tempo.
In sistemi binari, le nane brune e le stelle nascono contemporaneamente dal collasso di gas e polveri. I pianeti giganti gassosi si formano dagli scarti del materiale. Una volta formate, le nane brune hanno orbite eccentriche. Boss nota che fra tutti i pianeti extrasolari e le nane brune finora individuati, quelli con massa superiore a quattro volte la massa di Giove hanno orbita eccentrica e sembrano essere nane brune. Quelli con massa sotto le quattro masse gioviane hanno orbita circolare e sembrano essere pianeti (con una eccezione).
A caccia di pianeti
La maggior parte dei lavori di ricerca di pianeti extrasolari è stata compiuta usando metodi indiretti. Un pianeta infatti lungo la sua orbita intorno alla stella, esercita una forza gravitazionale che la fa oscillare. Uno dei modi per identificare la presenza di un pianeta intorno ad una stella è dunque studiarne lo spetto per cogliere oscillazioni periodiche. Quando la stella si muove verso la Terra, le righe spettrali sono spostate verso il blu (blueshift); invece quando si allontana le righe spettrali si spostano verso il rosso (redshift)
Un altro metodo fa riferimento all’astrometria: nornalmente una stella si muove di moto proprio lungo la volta celeste in linea retta. Se però un pianeta ne disturba il moto, è possibile individuare le piccole oscillazioni che subisce la traiettoria della stella.