Gli esopianeti con massa di Nettuno come quello mostrato nel rendering di questo artista potrebbero essere i più comuni nelle regioni ghiacciate dei sistemi planetari. Oltre una certa distanza da una giovane stella, l'acqua e le altre sostanze rimangono congelate, portando a un'abbondante popolazione di oggetti ghiacciati che possono scontrarsi e formare i nuclei di nuovi pianeti. In primo piano, un corpo ghiacciato rimasto da questo periodo va alla deriva oltre il pianeta. Credito:NASA/Goddard/Francis Reddy
Un nuovo studio statistico sui pianeti trovati con una tecnica chiamata microlensing gravitazionale suggerisce che i mondi con massa di Nettuno sono probabilmente il tipo più comune di pianeta che si forma nei ghiacciati regni esterni dei sistemi planetari. Lo studio fornisce la prima indicazione sui tipi di pianeti in attesa di essere trovati lontani da una stella ospite, dove gli scienziati sospettano che i pianeti si formino in modo più efficiente.
"Abbiamo trovato l'apparente punto debole nelle dimensioni dei pianeti freddi. Contrariamente ad alcune previsioni teoriche, deduciamo dalle rilevazioni attuali che i più numerosi hanno masse simili a Nettuno, e non sembra esserci il previsto aumento di numero a masse inferiori, " ha detto lo scienziato capo Daisuke Suzuki, un ricercatore post-dottorato presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, e l'Università del Maryland Contea di Baltimora. "Concludiamo che i pianeti con massa di Nettuno in queste orbite esterne sono circa 10 volte più comuni dei pianeti con massa di Giove in orbite simili a Giove".
La microlente gravitazionale sfrutta gli effetti di flessione della luce di oggetti massicci previsti dalla teoria della relatività generale di Einstein. Si verifica quando una stella in primo piano, la lente, si allinea casualmente con una lontana stella sullo sfondo, la fonte, come si vede dalla Terra. Mentre la stella lente si sposta nella sua orbita intorno alla galassia, l'allineamento si sposta da giorni a settimane, modificando la luminosità apparente della sorgente. Lo schema preciso di questi cambiamenti fornisce agli astronomi indizi sulla natura della stella lente, compresi tutti i pianeti che può ospitare.
"Noi determiniamo principalmente il rapporto di massa del pianeta rispetto alla stella ospite e la loro separazione, " ha detto il membro del team David Bennett, un astrofisico a Goddard. "Per circa il 40% dei pianeti dotati di microlenti, possiamo determinare la massa della stella ospite e quindi la massa del pianeta."
Sono stati scoperti più di 50 esopianeti utilizzando il microlensing rispetto alle migliaia rilevati da altre tecniche, come rilevare il movimento o l'oscuramento di una stella ospite causato dalla presenza di pianeti. Poiché gli allineamenti necessari tra le stelle sono rari e si verificano casualmente, gli astronomi devono monitorare milioni di stelle per i cambiamenti di luminosità rivelatori che segnalano un evento di microlenti.
Però, il microlensing ha un grande potenziale. Può rilevare pianeti centinaia di volte più distanti rispetto alla maggior parte degli altri metodi, permettendo agli astronomi di indagare su un'ampia fascia della nostra galassia, la Via Lattea. La tecnica può localizzare esopianeti a masse più piccole e a distanze maggiori dalle loro stelle ospiti, ed è abbastanza sensibile da trovare i pianeti che fluttuano da soli nella galassia, non legato alle stelle.
Questo grafico traccia 4, 769 esopianeti e pianeti candidati in base alle loro masse e alle relative distanze dalla linea delle nevi, il punto in cui l'acqua e altri materiali si solidificano (linea ciano verticale). Il microlensing gravitazionale è particolarmente sensibile ai pianeti in questa regione. I pianeti sono ombreggiati secondo la tecnica di scoperta elencata a destra. Le masse per i candidati planetari non confermati dalla missione Kepler della NASA sono calcolate in base alle loro dimensioni. Per confronto, il grafico include anche i pianeti del nostro sistema solare. Credito:Goddard Space Flight Center della NASA
Le missioni Kepler e K2 della NASA hanno avuto un successo straordinario nel trovare pianeti che oscurano le loro stelle ospiti, con più di 2, 500 scoperte confermate fino ad oggi. Questa tecnica è sensibile ai pianeti vicini ma non a quelli più distanti. Le indagini di microlensing sono complementari, meglio sondare le parti esterne dei sistemi planetari con meno sensibilità ai pianeti più vicini alle loro stelle.
"La combinazione del microlensing con altre tecniche ci fornisce un quadro generale più chiaro del contenuto planetario della nostra galassia, ", ha affermato il membro del team Takahiro Sumi dell'Università di Osaka in Giappone.
Dal 2007 al 2012, il gruppo Microlensing Observations in Astrophysics (MOA), una collaborazione tra ricercatori in Giappone e Nuova Zelanda, emesso 3, 300 avvisi che informano la comunità astronomica sugli eventi di microlenti in corso. Il team di Suzuki ha identificato 1, 474 eventi di microlensing ben osservati, con 22 che mostrano chiari segnali planetari. Ciò include quattro pianeti che non sono mai stati segnalati in precedenza.
Per studiare questi eventi in modo più dettagliato, il team ha incluso i dati dell'altro importante progetto di microlensing operante nello stesso periodo, l'esperimento di lenti gravitazionali ottiche (OGLE), così come ulteriori osservazioni da altri progetti progettati per dare seguito agli avvisi MOA e OGLE.
Da queste informazioni, i ricercatori hanno determinato la frequenza dei pianeti rispetto al rapporto di massa del pianeta e della stella, nonché le distanze tra di loro. Per una tipica stella che ospita il pianeta con circa il 60% della massa del sole, il tipico pianeta microlensing è un mondo tra le 10 e le 40 volte la massa della Terra. Per confronto, Nettuno nel nostro sistema solare ha la massa equivalente di 17 Terre.
I risultati implicano che i mondi freddi con massa di Nettuno sono probabilmente i tipi più comuni di pianeti oltre la cosiddetta linea della neve, il punto in cui l'acqua è rimasta congelata durante la formazione planetaria. Nel sistema solare, si pensa che la linea della neve fosse situata a circa 2,7 volte la distanza media della Terra dal sole, posizionandolo oggi nel mezzo della fascia principale degli asteroidi.
Un documento che descrive in dettaglio i risultati è stato pubblicato su The Giornale Astrofisico il 13 dicembre
"Oltre la linea della neve, i materiali che erano gassosi più vicini alla stella si condensano in corpi solidi, aumentare la quantità di materiale disponibile per avviare il processo di costruzione del pianeta, " ha detto Suzuki. "Qui è dove pensiamo che la formazione planetaria sia stata più efficiente, ed è anche la regione in cui il microlensing è più sensibile".
Wide Field Infrared Survey Telescope della NASA (WFIRST), il cui lancio è previsto per la metà degli anni 2020, condurrà un'ampia indagine di microlensing. Gli astronomi si aspettano che fornisca determinazioni di massa e distanza di migliaia di pianeti, completando l'opera iniziata da Keplero e fornendo il primo censimento galattico delle proprietà planetarie.
L'Ames Research Center della NASA gestisce le missioni Kepler e K2 per la direzione della missione scientifica della NASA. Il Jet Propulsion Laboratory (JPL) di Pasadena, California, gestito lo sviluppo della missione Keplero. Ball Aerospace &Technologies Corporation gestisce il sistema di volo con il supporto del Laboratorio di fisica atmosferica e spaziale dell'Università del Colorado a Boulder.
WFIRST è gestito a Goddard, con la partecipazione di JPL, lo Space Telescope Science Institute di Baltimora, il Centro di elaborazione e analisi dell'infrarosso, anche a Pasadena, e un team scientifico composto da membri di istituti di ricerca statunitensi in tutto il paese.
