Figura 1:Questo collage riassume la ricerca. Utilizzando il telescopio riflettore Okayama da 188 cm e lo strumento di osservazione MuSCAT (vedi foto reale in basso a sinistra.), i ricercatori sono riusciti ad osservare il pianeta extrasolare K2-3d, che ha circa le stesse dimensioni e temperatura della Terra, passare davanti alla sua stella ospite bloccando parte della luce proveniente dalla stella (vedi visualizzazione artistica in alto.), facendolo sembrare fioco (vedi dati reali in basso a destra). Attestazione:NAOJ
Un gruppo di ricercatori dell'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ), l'Università di Tokyo, e il Centro di Astrobiologia, tra gli altri, ha osservato il transito di un pianeta extrasolare potenzialmente simile alla Terra noto come K2-3d utilizzando lo strumento MuSCAT sul telescopio di 188 cm dell'Osservatorio Astrofisico di Okayama. Un transito è un fenomeno in cui un pianeta passa davanti alla sua stella madre, bloccando una piccola quantità di luce dalla stella, come un'ombra del pianeta. Mentre i transiti sono stati precedentemente osservati per migliaia di altri pianeti extrasolari, K2-3d è importante perché esiste la possibilità che possa ospitare vita extraterrestre.
Osservando il suo transito con precisione utilizzando la prossima generazione di telescopi, come TMT, gli scienziati si aspettano di poter cercare nell'atmosfera del pianeta molecole legate alla vita, come l'ossigeno.
Con solo le precedenti osservazioni del telescopio spaziale, però, i ricercatori non possono calcolare con precisione il periodo orbitale del pianeta, il che rende più difficile prevedere i tempi esatti dei futuri transiti. Questo gruppo di ricerca è riuscito a misurare il periodo orbitale del pianeta con un'elevata precisione di circa 18 secondi. Ciò ha notevolmente migliorato l'accuratezza della previsione per i tempi di transito futuri. Quindi ora i ricercatori sapranno esattamente quando osservare i transiti utilizzando la prossima generazione di telescopi. Questo risultato della ricerca è un passo importante verso la ricerca di vita extraterrestre in futuro.
K2-3d
K2-3d è un pianeta extrasolare distante circa 150 anni luce che è stato scoperto dalla missione K2 della NASA (la "seconda luce" del telescopio Kepler) (Nota 1). La dimensione di K2-3d è 1,5 volte la dimensione della Terra. Il pianeta orbita intorno alla sua stella ospite, che è la metà delle dimensioni del Sole, con un periodo di circa 45 giorni. Rispetto alla Terra, il pianeta orbita vicino alla sua stella ospite (circa 1/5 della distanza Terra-Sole). Ma, perché la temperatura della stella ospite è inferiore a quella del Sole, i calcoli mostrano che questa è la distanza giusta perché il pianeta abbia un clima relativamente caldo come quello della Terra. Esiste la possibilità che possa esistere acqua liquida sulla superficie del pianeta, aumentando la possibilità allettante di vita extraterrestre.
Figura 2:pianeti in transito situati nella zona abitabile (la regione orbitale in cui un pianeta potrebbe contenere acqua liquida sulla superficie), tracciato in termini di raggio del pianeta rispetto alla magnitudine della stella ospite (luminosità). I cerchi neri rappresentano i pianeti confermati scoperti dalla missione Kepler e i cerchi bianchi rappresentano i pianeti candidati non confermati. I triangoli arancioni rappresentano i pianeti delle dimensioni della Terra TRAPPIST-1c e TRAPPIST-1d osservati a 40 anni luce di distanza da un telescopio terrestre. Si pensa che TRAPPIST-1c e TRAPPIST-1d siano appena fuori dalla zona abitabile, ma sono tracciati per riferimento. La stella ospite di K2-3d (stella rossa) è la più luminosa in questa figura. Attestazione:NAOJ
L'orbita di K2-3d è allineata in modo che, vista dalla Terra, transita (passa davanti a) la sua stella ospite. Questo causa, breve, diminuzioni periodiche della luminosità della stella, mentre il pianeta blocca parte della luce della stella. Questo allineamento consente ai ricercatori di sondare la composizione atmosferica di questi pianeti mediante una misurazione precisa della quantità di luce stellare bloccata a diverse lunghezze d'onda.
Circa 30 pianeti potenzialmente abitabili che hanno anche orbite di transito sono stati scoperti dalla missione Kepler della NASA, ma la maggior parte di questi pianeti orbitano più deboli, stelle più lontane. Perché è più vicino alla Terra e la sua stella ospite è più luminosa, K2-3d è un candidato più interessante per studi di follow-up dettagliati (vedi Figura 2). La diminuzione di luminosità della stella ospite causata dal transito di K2-3d è piccola, solo lo 0,07%. Però, si prevede che la prossima generazione di grandi telescopi (Nota 2) sarà in grado di misurare come questa diminuzione di luminosità varia con la lunghezza d'onda, consentendo indagini sulla composizione dell'atmosfera del pianeta. Se esiste vita extraterrestre su K2-3d, gli scienziati sperano di essere in grado di rilevare molecole ad esso correlate, come l'ossigeno, nell'atmosfera.
Osservazioni MuSCAT e miglioramenti delle effemeridi di transito
Il periodo orbitale di K2-3d è di circa 45 giorni. Poiché il periodo di rilevamento della missione K2 è di soli 80 giorni per ogni area di cielo, i ricercatori hanno potuto misurare solo due transiti nei dati K2. Questo non è sufficiente per misurare con precisione il periodo orbitale del pianeta, quindi quando i ricercatori tentano di prevedere i tempi dei transiti futuri, creando qualcosa chiamato "effemeridi di transito, " ci sono incertezze nei tempi previsti. Queste incertezze crescono mentre cercano di prevedere più lontano nel futuro. Pertanto, sono state necessarie ulteriori osservazioni sul transito e aggiustamenti alle effemeridi prima che i ricercatori perdessero le tracce del transito. A causa dell'importanza di K2-3d, lo Spitzer Space Telescope ha osservato due transiti subito dopo la scoperta del pianeta, portando il totale a quattro misure di transito. Però, l'aggiunta anche di una singola misurazione del transito più lontano nel futuro può aiutare a produrre effemeridi significativamente migliorate.
Figura 3:Deviazione del tempo di transito previsto dalle effemeridi di transito K2-3d migliorate sulla base di questa ricerca. La linea rossa continua indica i tempi previsti in base a questa ricerca, l'area ombreggiata mostra l'intervallo di incertezza. Piazze, triangoli, e cerchi sono rispettivamente i dati del tempo di transito del telescopio Kepler, Telescopio Spaziale Spitzer, e l'ultimo strumento di osservazione MuSCAT sul telescopio riflettore di Okayama da 188 cm. I segni grigi mostrano i valori calcolati nella ricerca precedente e i segni neri rappresentano i valori ricalcolati in questa ricerca. Le linee tratteggiate viola e arancioni sono le effemeridi di transito calcolate in ricerche precedenti utilizzando i dati K2 e K2+Spitzer, rispettivamente. Questa ricerca è riuscita a correggere le previsioni per i tempi di transito 2018 di oltre un'ora. Attestazione:NAOJ
Utilizzando il telescopio riflettore Okayama da 188 cm e l'ultimo strumento di osservazione MuSCAT, il team ha osservato per la prima volta un transito di K2-3d con un telescopio terrestre. Sebbene una diminuzione della luminosità dello 0,07% sia vicina al limite di ciò che può essere osservato con i telescopi a terra, La capacità di MuSCAT di osservare tre bande di lunghezze d'onda contemporaneamente ha migliorato la sua capacità di rilevare il transito. Rianalizzando i dati di K2 e Spitzer in combinazione con questa nuova osservazione, i ricercatori hanno notevolmente migliorato la precisione delle effemeridi, determinare il periodo orbitale del pianeta entro circa 18 secondi (1/30 dell'incertezza originale). Questo miglioramento delle effemeridi di transito (Figura 3) assicura che quando la prossima generazione di grandi telescopi entrerà in funzione, sapranno esattamente quando guardare per i transiti. Pertanto, questi risultati della ricerca aiutano a spianare la strada a future indagini sulla vita extraterrestre.
Lavoro futuro
La missione K2 della NASA proseguirà almeno fino a febbraio 2018, e si prevede di scoprire pianeti più potenzialmente abitabili come K2-3d. Per di più, successore di K2, il Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), sarà lanciato nel dicembre 2017. TESS sorveglierà l'intero cielo per due anni, e si prevede di rilevare centinaia di piccoli pianeti come K2-3d vicino al nostro Sistema Solare. Per caratterizzare una "Seconda Terra" utilizzando la prossima generazione di grandi telescopi, sarà importante misurare le effemeridi e le caratteristiche dei pianeti con ulteriori osservazioni di transito utilizzando telescopi terrestri di medie dimensioni. Il team continuerà a utilizzare MuSCAT per la ricerca relativa alla futura ricerca di vita extraterrestre.
