Mentre ora sappiamo di migliaia di esopianeti, pianeti attorno ad altre stelle, la stragrande maggioranza della nostra conoscenza è indiretta. Questo è, gli scienziati non hanno effettivamente scattato molte foto di esopianeti, e a causa dei limiti della tecnologia attuale, possiamo vedere questi mondi solo come punti di luce. Però, il numero di esopianeti che sono stati ripresi direttamente sta crescendo nel tempo. Quando il telescopio spaziale James Webb della NASA verrà lanciato nel 2021, aprirà una nuova finestra su questi esopianeti, osservandoli a lunghezze d'onda alle quali non sono mai stati visti prima e ottenendo nuove intuizioni sulla loro natura.

Gli esopianeti sono vicini a stelle molto più luminose, quindi la loro luce è generalmente sopraffatta dalla luce delle stelle ospiti. Gli astronomi di solito trovano un esopianeta deducendo la sua presenza in base all'oscuramento della luce della sua stella ospite mentre il pianeta passa davanti alla stella, un evento chiamato "transito". A volte un pianeta tira la sua stella, facendo oscillare leggermente la stella.

In alcuni casi, gli scienziati hanno catturato immagini di esopianeti utilizzando strumenti chiamati coronografi. Questi dispositivi bloccano il bagliore della stella più o meno allo stesso modo in cui potresti usare la tua mano per bloccare la luce del sole. Però, trovare esopianeti con questa tecnica si è rivelato molto difficile. Tutto ciò cambierà con la sensibilità di Webb. I suoi coronografi a bordo consentiranno agli scienziati di visualizzare gli esopianeti a lunghezze d'onda infrarosse in cui non li hanno mai visti prima.

Le capacità uniche di Webb

I coronagrafi hanno qualcosa di importante in comune con le eclissi. Durante un'eclissi, la Luna blocca la luce del Sole, permettendoci di vedere stelle che normalmente sarebbero sopraffatte dal bagliore del Sole. Gli astronomi ne approfittarono durante l'eclissi del 1919, 100 anni fa, il 29 maggio, per testare la teoria della relatività generale di Albert Einstein. Allo stesso modo, un coronografo funge da "eclissi artificiale" per bloccare la luce di una stella, permettendo di vedere pianeti che altrimenti andrebbero persi nel bagliore della stella.

"La maggior parte dei pianeti che abbiamo rilevato finora sono circa 10, Da 000 a 1 milione di volte più debole della stella che li ospita, " ha spiegato Sasha Hinkley dell'Università di Exeter. Hinkley è il principale investigatore di uno dei primi programmi di osservazione di Webb per studiare esopianeti e sistemi esoplanetari.

"C'è, senza dubbio, una popolazione di pianeti che sono più deboli di così, che hanno rapporti di contrasto più elevati, e forse sono più lontani dalle loro stelle, " ha detto Hinkley. "Con Webb, saremo in grado di vedere pianeti che sono più come 10 milioni, o ottimisticamente, 100 milioni di volte più debole." Per osservare i loro obiettivi, il team utilizzerà immagini ad alto contrasto, che discerne questa grande differenza di luminosità tra il pianeta e la stella.

Webb avrà la capacità di osservare i suoi bersagli nel medio infrarosso, invisibile all'occhio umano, ma con una sensibilità di gran lunga superiore a qualsiasi altro osservatorio mai costruito. Ciò significa che Webb sarà sensibile a una classe di pianeti non ancora rilevata. Nello specifico, Pianeti simili a Saturno a separazioni orbitali molto ampie dalla loro stella ospite potrebbero essere alla portata di Webb.

"Il nostro programma guarda ai giovani, pianeti di nuova formazione e i sistemi in cui abitano, " ha spiegato la co-investigatrice Beth Biller dell'Università di Edimburgo. "Webb ci permetterà di farlo in modo molto più dettagliato ea lunghezze d'onda che non abbiamo mai esplorato prima. Quindi sarà vitale per capire come si formano questi oggetti, e come sono questi sistemi."

Testare le acque

Le osservazioni del team faranno parte del programma Discretionary-Early Release Science del direttore, che fornisce tempo a progetti selezionati all'inizio della missione del telescopio. Questo programma consente alla comunità astronomica di apprendere rapidamente come utilizzare al meglio le capacità di Webb, producendo anche una scienza robusta.

"Con il nostro programma ERS, saremo davvero "provare le acque" per capire come si comporta Webb, " ha detto Hinkley. "Abbiamo davvero bisogno della migliore comprensione degli strumenti, della stabilità, del modo più efficace per post-elaborare i dati. Le nostre osservazioni diranno alla nostra comunità il modo più efficiente per utilizzare Webb."

I bersagli

Il team di Hinkley utilizzerà tutti e quattro gli strumenti di Webb per osservare tre obiettivi:un esopianeta scoperto di recente; un oggetto che è un esopianeta o una nana bruna; e un anello ben studiato di polvere e planetesimi in orbita attorno a una giovane stella.

• Esopianeta HIP 65426b:questo recentemente scoperto, l'esopianeta ripreso direttamente ha una massa tra sei e 12 volte quella di Giove e orbita attorno a una stella che è più calda e circa due volte più massiccia del nostro Sole. L'esopianeta è circa 92 volte più lontano dalla sua stella di quanto la Terra sia dal Sole. L'ampia separazione di questo giovane pianeta dalla sua stella significa che le osservazioni del team saranno molto meno influenzate dal bagliore luminoso della stella ospite. Hinkley e il suo team intendono utilizzare la suite completa di coronografi di Webb per visualizzare questo obiettivo.
• Compagno di massa planetaria VHS 1256b:Un oggetto da qualche parte intorno al confine pianeta/nana bruna, VHS 1256b è anche ampiamente separato dalla sua stella ospite nana rossa, circa 100 volte la distanza della Terra dal Sole. A causa della sua ampia separazione, le osservazioni di questo oggetto hanno molte meno probabilità di essere influenzate dalla luce indesiderata della stella ospite. Oltre alle immagini ad alto contrasto, il team si aspetta di ottenere uno dei primi spettri "non corrotto" di un corpo simile a un pianeta a lunghezze d'onda in cui questi oggetti non sono mai stati studiati prima.
• Disco di detriti circumstellare:da più di 20 anni, gli scienziati hanno studiato un anello di polvere e planetesimi in orbita attorno a una giovane stella chiamata HR 4796A, che è circa il doppio del nostro Sole. Gli astronomi pensano che la maggior parte dei sistemi planetari probabilmente assomigliasse molto all'HR 4796A e al suo anello di detriti nelle loro prime età, rendendo questo un obiettivo particolarmente interessante da studiare. Il team utilizzerà l'imaging ad alto contrasto dei coronografi di Webb per visualizzare il disco in diverse lunghezze d'onda. Il loro obiettivo è vedere se le strutture del disco hanno un aspetto diverso da lunghezza d'onda a lunghezza d'onda.

Pianificazione del programma

Per pianificare questo programma Early Release Science, Hinkley ha posto al maggior numero possibile di membri della comunità astronomica la semplice domanda:se vuoi pianificare un sondaggio per la ricerca di esopianeti, quali sono le domande a cui hai bisogno di risposte per pianificare i tuoi sondaggi?

"Ciò che ci è venuto in mente è stata una serie di osservazioni che pensiamo risponderanno a queste domande. Diremo alla community che questo è il modo in cui Webb si comporta in questa modalità, questo è il tipo di sensibilità che otteniamo, e questo è il tipo di contrasto che otteniamo. E abbiamo bisogno di ribaltare rapidamente la situazione e informare la comunità in modo che possano preparare davvero le loro proposte, molto rapidamente."

Il team è entusiasta di visualizzare i loro obiettivi in ​​lunghezze d'onda mai rilevate prima, e condividere le proprie conoscenze. Secondo Biller, "Potevamo vedere anni fa che per alcuni dei pianeti che abbiamo già scoperto, Webb sarebbe davvero trasformativo".

Il James Webb Space Telescope sarà il principale osservatorio di scienze spaziali al mondo quando verrà lanciato nel 2021. Webb risolverà i misteri nel nostro sistema solare, guarda oltre a mondi lontani intorno ad altre stelle, e sondare le misteriose strutture e origini del nostro universo e il nostro posto in esso. Webb è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner, ESA (Agenzia Spaziale Europea) e Agenzia Spaziale Canadese.