Ora è possibile catturare immagini di pianeti che potrebbero potenzialmente sostenere la vita intorno alle stelle vicine, grazie ai progressi riportati da un team internazionale di astronomi sulla rivista Comunicazioni sulla natura.

Utilizzando un sistema di nuova concezione per l'imaging di esopianeti nel medio infrarosso, in combinazione con un tempo di osservazione molto lungo, gli autori dello studio affermano che ora possono utilizzare i telescopi terrestri per catturare direttamente immagini di pianeti circa tre volte più grandi della Terra all'interno delle zone abitabili delle stelle vicine.

Gli sforzi per visualizzare direttamente gli esopianeti, i pianeti al di fuori del nostro sistema solare, sono stati ostacolati da limitazioni tecnologiche, risultando in una tendenza verso il rilevamento di pianeti più facili da vedere che sono molto più grandi di Giove e si trovano intorno a stelle molto giovani e molto al di fuori della zona abitabile, il "punto debole" in cui un pianeta può sostenere l'acqua liquida. Se gli astronomi vogliono trovare la vita aliena, hanno bisogno di cercare altrove.

"Se vogliamo trovare pianeti con condizioni adatte alla vita come la conosciamo, dobbiamo cercare pianeti rocciosi all'incirca delle dimensioni della Terra, all'interno delle zone abitabili intorno ai vecchi, stelle simili al sole, " ha detto il primo autore del giornale, Kevin Wagner, un Sagan Fellow nell'Hubble Fellowship Program della NASA presso lo Steward Observatory dell'Università dell'Arizona.

Il metodo descritto nel documento fornisce un miglioramento più che decuplicato rispetto alle capacità esistenti di osservare direttamente gli esopianeti, ha detto Wagner. La maggior parte degli studi sull'imaging degli esopianeti ha esaminato lunghezze d'onda infrarosse inferiori a 10 micron, fermandosi appena al di sotto della gamma di lunghezze d'onda in cui tali pianeti brillano di più, ha detto Wagner.

"C'è una buona ragione per questo, perché la Terra stessa brilla su di te a quelle lunghezze d'onda, " disse Wagner. "Emissioni infrarosse dal cielo, la fotocamera e il telescopio stesso stanno essenzialmente affogando il tuo segnale. Ma la buona ragione per concentrarsi su queste lunghezze d'onda è che è lì che un pianeta simile alla Terra nella zona abitabile attorno a una stella simile al sole brillerà di più".

Il team ha utilizzato il Very Large Telescope, o VLT, dell'Osservatorio europeo meridionale in Cile per osservare il nostro sistema stellare più vicino:Alpha Centauri, a soli 4,4 anni luce di distanza. Alpha Centauri è un sistema a tre stelle; consiste di due stelle—Alpha Centauri A e B—che sono simili al sole per dimensioni ed età e orbitano l'una intorno all'altra come un sistema binario. La terza stella, Alfa Centauri C, meglio conosciuto come Proxima Centauri, è una nana rossa molto più piccola che orbita intorno ai suoi due fratelli a grande distanza.

Un pianeta non grande il doppio della Terra e orbitante nella zona abitabile intorno a Proxima Centauri è già stato individuato indirettamente attraverso le osservazioni della variazione della velocità radiale della stella, o la minuscola oscillazione che una stella esibisce sotto lo strattone del pianeta invisibile. Secondo gli autori dello studio, Alpha Centauri A e B potrebbero ospitare pianeti simili, ma i metodi di rilevamento indiretto non sono ancora abbastanza sensibili da trovare pianeti rocciosi nelle loro zone abitabili più ampiamente separate, ha spiegato Wagner.

"Con l'imaging diretto, ora possiamo spingerci al di sotto di questi limiti di rilevamento per la prima volta, " Egli ha detto.

Per aumentare la sensibilità della configurazione delle immagini, il team ha utilizzato un cosiddetto specchio telescopio secondario adattivo in grado di correggere la distorsione della luce da parte dell'atmosfera terrestre. Inoltre, i ricercatori hanno utilizzato una maschera di blocco della luce stellare che hanno ottimizzato per lo spettro della luce nel medio infrarosso per bloccare la luce di una delle stelle alla volta. Per consentire l'osservazione simultanea delle zone abitabili di entrambe le stelle, hanno anche aperto la strada a una nuova tecnica per alternare l'osservazione di Alpha Centauri A e Alpha Centauri B molto rapidamente.

"Stiamo spostando una stella in avanti e una stella fuori dal coronografo ogni decimo di secondo, " disse Wagner. "Questo ci permette di osservare ogni stella per metà del tempo, e, importante, ci permette anche di sottrarre un frame dal frame successivo, che rimuove tutto ciò che è essenzialmente solo rumore dalla fotocamera e dal telescopio."

Utilizzando questo approccio, la luce stellare indesiderata e il "rumore" - segnale indesiderato dall'interno del telescopio e della fotocamera - diventano essenzialmente rumore di fondo casuale, possibile ridurre ulteriormente impilando le immagini e sottraendo il rumore utilizzando un software specializzato.

Simile all'effetto delle cuffie con cancellazione del rumore, che consentono di ascoltare musica soft su un flusso costante di rumore indesiderato del motore a reazione, la tecnica ha permesso al team di rimuovere quanto più rumore indesiderato possibile e di rilevare i segnali molto più deboli creati da potenziali pianeti candidati all'interno della zona abitabile.

Il team ha osservato il sistema Alpha Centauri per quasi 100 ore nel corso di un mese nel 2019, raccogliendo più di 5 milioni di immagini. Hanno raccolto circa 7 terabyte di dati, che hanno reso pubblicamente disponibile su http://archive.eso.org.

"Questa è una delle prime campagne di imaging di esopianeti multi-notte dedicate, in cui abbiamo impilato tutti i dati che abbiamo accumulato in quasi un mese e li abbiamo usati per raggiungere la nostra sensibilità finale, " disse Wagner.

Dopo aver rimosso i cosiddetti artefatti - falsi segnali creati dalla strumentazione e dalla luce residua del coronografo - l'immagine finale ha rivelato una fonte di luce designata come "C1" che potrebbe suggerire la presenza di un esopianeta candidato all'interno della zona abitabile.

"C'è una fonte puntuale che assomiglia a come ci aspetteremmo che assomigli a un pianeta, che non possiamo spiegare con nessuna delle correzioni sistematiche degli errori, " ha detto Wagner. "Non siamo al livello di fiducia per dire che abbiamo scoperto un pianeta intorno ad Alpha Centauri, ma c'è un segnale che potrebbe essere quello con qualche verifica successiva."

Le simulazioni di come potrebbero essere i pianeti all'interno dei dati suggeriscono che "C1" potrebbe essere un pianeta delle dimensioni di Nettuno o Saturno a una distanza da Alpha Centauri A che è simile alla distanza tra la Terra e il sole, ha detto Wagner. Però, gli autori affermano chiaramente che senza successiva verifica, la possibilità che C1 possa essere dovuto a qualche artefatto sconosciuto causato dallo strumento stesso non può ancora essere esclusa.

Trovare un pianeta potenzialmente abitabile all'interno di Alpha Centauri è stato l'obiettivo dell'iniziativa Breakthrough Watch/NEAR, che sta per Nuove Terre nella regione di Alpha Centauri. Breakthrough Watch è un programma astronomico globale alla ricerca di pianeti simili alla Terra intorno a stelle vicine.

"Siamo molto grati alla Breakthrough Initiatives e all'ESO per il loro supporto nel raggiungere un altro trampolino di lancio verso l'imaging di pianeti simili alla Terra intorno alle nostre stelle vicine, "ha detto Markus Kasper, scienziato capo del progetto NEAR e coautore del documento.

Il team intende intraprendere un'altra campagna di imaging in pochi anni, nel tentativo di catturare questo potenziale esopianeta nel sistema Alpha Centauri in una posizione diversa, e per vedere se sarebbe coerente con ciò che ci si aspetterebbe in base alla modellazione della sua orbita prevista. Ulteriori indizi possono provenire da osservazioni di follow-up utilizzando metodi diversi.

La prossima generazione di telescopi estremamente grandi, come l'Extremely Large Telescope dell'European Southern Observatory, e il telescopio gigante di Magellano, per cui l'Università dell'Arizona produce gli specchi primari, dovrebbero essere in grado di aumentare le osservazioni dirette di stelle vicine che potrebbero ospitare pianeti nelle loro zone abitabili di un fattore 10, ha spiegato Wagner. I candidati da considerare includono Sirius, la stella più luminosa nel cielo notturno, e Tau Ceti, che ospita un sistema planetario osservato indirettamente che Wagner e i suoi colleghi cercheranno di immaginare direttamente.

"Rendere la capacità dimostrata qui una modalità di osservazione di routine - essere in grado di raccogliere le firme di calore dei pianeti in orbita all'interno delle zone abitabili delle stelle vicine - sarà un punto di svolta per l'esplorazione di nuovi mondi e per la ricerca della vita nell'universo , ", ha affermato il coautore dello studio Daniel Apai, un professore associato di astronomia e scienze planetarie dell'Arizona che guida il programma Earths in Other Solar Systems, finanziato dalla NASA, che ha in parte sostenuto lo studio.