Un gruppo internazionale di collaboratori, tra cui scienziati del Jet Propulsion Laboratory della NASA e dell'Università del New Mexico, hanno scoperto un nuovo, esopianeta temperato di dimensioni sub-Nettuno con un periodo orbitale di 24 giorni in orbita attorno a una stella nana M vicina. La recente scoperta offre interessanti opportunità di ricerca grazie alla notevole atmosfera del pianeta, piccola stella, e quanto velocemente il sistema si sta allontanando dalla Terra.

La ricerca, intitolato TOI-1231 b:A temperato, Pianeta delle dimensioni di Nettuno in transito nel vicino M3 Dwarf NLTT 24399, sarà pubblicato in un prossimo numero di Il Giornale Astronomico. L'esopianeta, TOI-1231 b, è stato rilevato utilizzando dati fotometrici dal Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) e seguito da osservazioni utilizzando il Planet Finder Spectrograph (PFS) sul telescopio Magellan Clay presso l'Osservatorio di Las Campanas in Cile. Il PFS è uno strumento sofisticato che rileva gli esopianeti attraverso la loro influenza gravitazionale sulle stelle che li ospitano. Mentre i pianeti orbitano attorno ai loro ospiti, le velocità stellari misurate variano periodicamente, rivelando la presenza planetaria e informazioni sulla loro massa e orbita.

La strategia osservativa adottata dal TESS della NASA, che divide ogni emisfero in 13 settori che vengono rilevati per circa 28 giorni, sta producendo la ricerca più completa di tutto il cielo per i pianeti in transito. Questo approccio ha già dimostrato la sua capacità di rilevare pianeti grandi e piccoli attorno a stelle che vanno dalle stelle nane M simili al sole fino a quelle di piccola massa. M stelle nane, noto anche come nana rossa, sono il tipo più comune di stelle nella Via Lattea che costituiscono circa il 70 percento di tutte le stelle della galassia.

Le nane M sono più piccole e possiedono una frazione della massa del sole e hanno una bassa luminosità. Poiché una nana M è più piccola, quando un pianeta di una data dimensione transita sulla stella, la quantità di luce che viene bloccata dal pianeta è maggiore, rendendo il transito più facilmente individuabile. Immagina un pianeta simile alla Terra che passa davanti a una stella delle dimensioni del sole, bloccherà un po' di luce; ma se passa davanti a una stella molto più piccola, la proporzione di luce che viene bloccata sarà maggiore. In un senso, questo crea un'ombra più grande sulla superficie della stella, rendendo i pianeti intorno alle nane M più facilmente rilevabili e più facili da studiare.

Sebbene consenta il rilevamento di esopianeti nel cielo, La strategia di indagine di TESS produce anche significative distorsioni osservative basate sul periodo orbitale. Gli esopianeti devono transitare dalle loro stelle ospiti almeno due volte all'interno dell'intervallo di osservazione di TESS per essere rilevati con il periodo corretto dalla pipeline del Science Processing Operations Center (SPOC) e dalla Quick Look Pipeline (QLP), che ricercano i dati TESS di cadenza di 2 minuti e 30 minuti, rispettivamente. Poiché il 74% della copertura totale del cielo di TESS viene osservato solo per 28 giorni, la maggior parte degli esopianeti TESS rilevati ha periodi inferiori a 14 giorni. periodo di 24 giorni di TOI-1231b, perciò, rende la sua scoperta ancora più preziosa.

La scienziata del JPL della NASA Jennifer Burt, l'autore principale dell'articolo, insieme ai suoi collaboratori tra cui Diana Dragomir, un assistente professore presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'UNM, misurato sia il raggio che la massa del pianeta.

"Lavorare con un gruppo di eccellenti astronomi sparsi in tutto il mondo, siamo stati in grado di raccogliere i dati necessari per caratterizzare la stella ospite e misurare sia il raggio che la massa del pianeta, " ha detto Burt. "Quei valori a loro volta ci hanno permesso di calcolare la densità apparente del pianeta e ipotizzare di cosa sia fatto il pianeta. TOI-1231 b è abbastanza simile per dimensioni e densità a Nettuno, quindi pensiamo che abbia un altrettanto grande, atmosfera gassosa".

"Un altro vantaggio degli esopianeti in orbita attorno agli ospiti nani M è che possiamo misurare le loro masse più facilmente perché anche il rapporto tra la massa del pianeta e la massa stellare è maggiore. Quando la stella è più piccola e meno massiccia, fa funzionare meglio i metodi di rilevamento perché il pianeta gioca improvvisamente un ruolo più importante in quanto si distingue più facilmente in relazione alla stella, " spiegò Dragomir. "Come l'ombra proiettata sulla stella. Più piccola è la stella, meno massiccia è la stella, più l'effetto del pianeta può essere rilevato.

"Anche se TOI 1231b è otto volte più vicino alla sua stella di quanto la Terra sia al Sole, la sua temperatura è simile a quella della Terra, grazie alla sua stella ospite più fredda e meno luminosa, " dice Dragomir. "Tuttavia, il pianeta stesso è in realtà più grande della Terra e un po' più piccolo di Nettuno, potremmo chiamarlo sub-Nettuno".

Burt e Dragomir, che in realtà ha avviato questa ricerca mentre erano Fellow al Kavli Institute del MIT, ha lavorato con scienziati specializzati nell'osservazione e nella caratterizzazione delle atmosfere di piccoli pianeti per capire quali missioni spaziali attuali e future potrebbero essere in grado di scrutare gli strati esterni di TOI-1231 b per informare i ricercatori esattamente quali tipi di gas stanno vorticando intorno al pianeta. Con una temperatura di circa 330 Kelvin o 140 gradi Fahrenheit, TOI-1231b è uno dei più cool, piccoli esopianeti accessibili per gli studi atmosferici scoperti finora.

Ricerche passate suggeriscono che pianeti così freddi potrebbero avere nuvole alte nelle loro atmosfere, il che rende difficile determinare quali tipi di gas li circondano. Ma nuove osservazioni di un altro piccolo, il pianeta freddo chiamato K2-18 b ha rotto questa tendenza e ha mostrato tracce di acqua nella sua atmosfera, sorprendendo molti astronomi.

"TOI-1231 b è uno dei pochi altri pianeti che conosciamo con dimensioni e temperature simili, quindi le future osservazioni di questo nuovo pianeta ci consentiranno di determinare quanto sia comune (o raro) che le nuvole d'acqua si formino intorno a questi mondi temperati, " disse Burt.

Inoltre, con l'elevata luminosità del vicino infrarosso (NIR) della sua stella ospite, costituisce un obiettivo entusiasmante per le future missioni con l'Hubble Space Telescope (HST) e il James Webb Space Telescope (JWST). La prima serie di queste osservazioni, guidato da uno dei coautori del documento, dovrebbe avvenire entro la fine del mese utilizzando il telescopio spaziale Hubble.

"La bassa densità di TOI 1231b indica che è circondato da un'atmosfera sostanziale piuttosto che essere un pianeta roccioso. Ma la composizione e l'estensione di questa atmosfera sono sconosciute!" disse Dragomir. "TOI1231b potrebbe avere una grande atmosfera di idrogeno o idrogeno-elio, o un'atmosfera di vapore acqueo più densa. Ognuno di questi indicherebbe un'origine diversa, permettendo agli astronomi di capire se e come i pianeti si formano in modo diverso attorno alle nane M rispetto ai pianeti intorno al nostro Sole, Per esempio. Le nostre imminenti osservazioni HST inizieranno a rispondere a queste domande, e JWST promette uno sguardo ancora più approfondito sull'atmosfera del pianeta".

Un altro modo per studiare l'atmosfera del pianeta è indagare se il gas viene spazzato via, cercando prove di atomi come l'idrogeno e l'elio che circondano il pianeta mentre transita sulla faccia della sua stella ospite. In genere, gli atomi di idrogeno sono quasi impossibili da rilevare perché la loro presenza è mascherata dal gas interstellare. Ma questo sistema pianeta-stella offre un'opportunità unica di applicare questo metodo a causa della velocità con cui si sta allontanando dalla Terra.

"Uno dei risultati più intriganti degli ultimi due decenni di scienza degli esopianeti è che, finora, nessuno dei nuovi sistemi planetari che abbiamo scoperto assomiglia al nostro sistema solare, " disse Burt. "Sono pieni di pianeti tra le dimensioni della Terra e Nettuno su orbite molto più corte di quelle di Mercurio, quindi non abbiamo esempi locali con cui confrontarli. Questo nuovo pianeta che abbiamo scoperto è ancora strano, ma è un passo più vicino all'essere un po' come i nostri pianeti vicini. Rispetto alla maggior parte dei pianeti in transito rilevati finora, che spesso hanno temperature torride di molte centinaia o migliaia di gradi, TOI-1231 b è decisamente frigida."

In chiusura, Dragomir riflette che "questo pianeta si unisce ai ranghi di solo due o tre altri piccoli esopianeti vicini che saranno esaminati con ogni possibilità che avremo e usando una vasta gamma di telescopi, per gli anni a venire, quindi tieni d'occhio i nuovi sviluppi di TOI1231b!"

Questo articolo è in stampa su Il Giornale Astronomico .