Il pianeta Beta Pictoris b è visibile in orbita attorno alla sua stella ospite in questa immagine composita dal telescopio da 3,6 m dell'Osservatorio europeo meridionale (ESO) e dallo strumento NACO sul Very Large Telescope da 8,2 m dell'ESO. Il sistema Beta Pictoris ha solo circa 20 milioni di anni, circa 225 volte più giovane del Sistema Solare. L'osservazione di questo sistema dinamico e in rapida evoluzione può aiutare gli astronomi a far luce sui processi di formazione dei pianeti e sulla prima evoluzione. Credito:ESO/A-M. Lagrangia et al.
La massa di un esopianeta molto giovane è stata rivelata per la prima volta utilizzando i dati del veicolo spaziale di mappatura stellare dell'ESA Gaia e del suo predecessore, il satellite Hipparcos in pensione del quarto di secolo.
Gli astronomi Ignas Snellen e Anthony Brown dell'Università di Leiden, Paesi Bassi, dedusse la massa del pianeta Beta Pictoris b dal movimento della sua stella ospite per un lungo periodo di tempo catturato sia da Gaia che da Hipparcos.
Il pianeta è un gigante gassoso simile a Giove ma, secondo la nuova stima, è da 9 a 13 volte più massiccio. Orbita intorno alla stella Beta Pictoris, la seconda stella più luminosa della costellazione del Pittore.
Il pianeta è stato scoperto solo nel 2008 nelle immagini catturate dal Very Large Telescope presso l'Osservatorio europeo meridionale in Cile. Sia il pianeta che la stella hanno solo circa 20 milioni di anni, circa 225 volte più giovani del Sistema Solare. La sua giovane età rende il sistema intrigante ma anche difficile da studiare con metodi convenzionali.
"Nel sistema Beta Pictoris, il pianeta si è essenzialmente appena formato, " dice Ignas. "Quindi possiamo avere un'immagine di come si formano i pianeti e di come si comportano nelle prime fasi della loro evoluzione. D'altra parte, la stella è molto calda, ruota velocemente, e pulsa."
Questo comportamento rende difficile per gli astronomi misurare con precisione la velocità radiale della stella, la velocità con cui sembra muoversi periodicamente verso e lontano dalla Terra. Piccoli cambiamenti nella velocità radiale di una stella, causato dall'attrazione gravitazionale dei pianeti nelle sue vicinanze, sono comunemente usati per stimare le masse degli esopianeti. Ma questo metodo funziona principalmente per i sistemi che hanno già attraversato le prime fasi infuocate della loro evoluzione.
Nel caso di Beta Pictoris b, i limiti superiori dell'intervallo di massa del pianeta erano stati raggiunti prima utilizzando il metodo della velocità radiale. Per ottenere una stima migliore, gli astronomi usavano un metodo diverso, sfruttando le misurazioni di Hipparcos e Gaia che rivelano la posizione precisa e il movimento della stella ospite del pianeta nel cielo nel tempo.
"La stella si muove per diversi motivi, " dice Ignas. "In primo luogo, la stella gira intorno al centro della Via Lattea, proprio come fa il Sole. Che appare dalla Terra come un movimento lineare proiettato nel cielo. Lo chiamiamo moto proprio. E poi c'è l'effetto di parallasse, che è causato dalla Terra in orbita attorno al Sole. A causa di ciò, durante l'anno, vediamo la stella da angolazioni leggermente diverse".
E poi c'è qualcosa che gli astronomi descrivono come "piccole oscillazioni" nella traiettoria della stella attraverso il cielo:minuscole deviazioni dalla rotta prevista causate dall'attrazione gravitazionale del pianeta nell'orbita della stella. Questa è la stessa oscillazione che può essere misurata attraverso i cambiamenti nella velocità radiale, ma lungo una direzione diversa – sul piano del cielo, piuttosto che lungo la linea di vista.
Gli astronomi possono misurare la massa degli esopianeti osservando minuscole deviazioni nelle traiettorie delle loro stelle ospiti causate dall'attrazione gravitazionale dei pianeti orbitanti. Questi possono essere osservati sia lungo la linea di vista, cercando piccoli cambiamenti nella velocità radiale di una stella, o sul piano del cielo, utilizzando misurazioni astrometriche. Per poter fare valutazioni accurate, le osservazioni astrometriche devono coprire un periodo di molti anni. In questa immagine, la spirale tratteggiata bianca mostra l'evoluzione della traiettoria di una stella osservabile dalla Terra, causato dalla combinazione di parallasse e moto proprio. La banda marrone mostra la gamma di deviazioni della traiettoria della stella causate da un possibile pianeta in orbita attorno ad essa. Credito:Agenzia spaziale europea
"Stiamo osservando la deviazione da quello che ti aspetti se non ci fosse un pianeta e poi misuriamo la massa del pianeta dal significato di questa deviazione, " dice Anthony. "Più il pianeta è massiccio, tanto più significativa è la deviazione".
Per poter fare una tale valutazione, gli astronomi hanno bisogno di osservare la traiettoria della stella per un lungo periodo di tempo per comprendere correttamente il moto proprio e l'effetto di parallasse.
La missione Gaia, progettato per osservare più di un miliardo di stelle nella nostra Galassia, alla fine sarà in grado di fornire informazioni su una grande quantità di esopianeti. Nei 22 mesi di osservazioni inclusi nella seconda pubblicazione dei dati di Gaia, pubblicato ad aprile, il satellite ha registrato una trentina di volte la stella Beta Pictoris. Quella, però, non è abbastanza.
"Gaia troverà migliaia di esopianeti, è ancora nella nostra lista di cose da fare, "dice Timo Prusti, Scienziato del progetto Gaia dell'ESA. "La ragione per cui gli esopianeti possono essere previsti solo in ritardo nella missione è il fatto che per misurare la minuscola oscillazione che gli esopianeti stanno causando, dobbiamo tracciare la posizione delle stelle per diversi anni".
Combinando le misurazioni di Gaia con quelle della missione Hipparcos dell'ESA, che ha osservato Beta Pictoris 111 volte tra il 1990 e il 1993, ha permesso a Ignas e Anthony di ottenere il loro risultato molto più velocemente. Ciò ha portato alla prima stima di successo della massa di un giovane pianeta utilizzando misurazioni astrometriche.
"Combinando i dati di Hipparcos e Gaia, che hanno una differenza di fuso orario di circa 25 anni, ottieni un movimento proprio a lungo termine, "dice Antonio.
"Questo moto proprio contiene anche la componente causata dal pianeta in orbita. Hipparcos da solo non sarebbe stato in grado di trovare questo pianeta perché sembrerebbe una stella singola perfettamente normale se non l'avessimo misurato per un tempo molto più lungo.
"Ora, combinando Gaia e Hipparcos e osservando la differenza nel moto proprio a lungo termine e nel breve termine, possiamo vedere l'effetto del pianeta sulla stella."
Il risultato rappresenta un passo importante verso una migliore comprensione dei processi coinvolti nella formazione dei pianeti, e anticipa le entusiasmanti scoperte di esopianeti che verranno scatenate dai futuri rilasci di dati di Gaia.
"La massa del giovane pianeta Beta Pictoris b attraverso il movimento astrometrico della sua stella ospite, " di I. Snellen e A. Brown è pubblicato in Astronomia della natura , 20 agosto 2018.
