Questa immagine mostra il disco polveroso di materiale planetario che circonda la giovane stella HD 141569, situato a 380 anni luce dalla Terra. Credito:NASA/JPL-Caltech
Un nuovo dispositivo sul W.M. L'Osservatorio Keck alle Hawaii ha consegnato le sue prime immagini, che mostra un anello di polvere che forma pianeti attorno a una stella, e separatamente, un fresco, corpo a stella, chiamata nana bruna, giace vicino alla sua stella compagna.
Il dispositivo, chiamato coronografo a vortice, è stato recentemente installato all'interno di NIRC2 (Near Infrared Camera 2), il cavallo di battaglia della telecamera a infrarossi di Keck. Ha il potenziale per visualizzare i sistemi planetari e le nane brune più vicini alle stelle che li ospitano rispetto a qualsiasi altro strumento al mondo.
"Il coronografo a vortice ci permette di scrutare nelle regioni intorno alle stelle dove presumibilmente si formano pianeti giganti come Giove e Saturno, " disse Dmitri Mawet, ricercatore presso il Jet Propulsion Laboratory e Caltech della NASA, entrambi a Pasadena. "Prima di adesso, siamo stati in grado di immaginare solo giganti gassosi che sono nati molto più lontano. Con il vortice, potremo vedere i pianeti orbitare vicini alle loro stelle quanto Giove lo è al nostro sole, o circa due o tre volte più vicino di quanto fosse possibile prima."
I nuovi risultati del vortice sono presentati in due documenti, entrambi pubblicati nel numero di gennaio 2017 del Giornale Astronomico . Uno studio, guidato da Gene Serabyn del JPL, la guida generale del progetto vortice Keck, presenta la prima immagine diretta della nana bruna chiamata HIP79124 B. Questa nana bruna si trova a 23 unità astronomiche da una stella (un'unità astronomica è la distanza tra il nostro sole e la Terra) in una vicina regione di formazione stellare chiamata Scorpius-Centaurus.
"La capacità di vedere molto vicino alle stelle ci permette anche di cercare pianeti intorno a stelle più lontane, dove i pianeti e le stelle apparirebbero più vicini. Avere la capacità di rilevare le stelle lontane per i pianeti è importante per catturare i pianeti ancora in formazione, " ha detto Serabyn. Ha anche guidato una squadra che ha testato un predecessore del dispositivo a vortice sul telescopio Hale all'Osservatorio Palomar del Caltech, vicino a San Diego. Nel 2010, il team ha ottenuto immagini ad alto contrasto di tre pianeti in orbita nei lontani angoli del sistema stellare chiamato HR8799.
La maschera vortice mostrata a sinistra è realizzata in diamante sintetico. La maschera ha un diametro di 0,4 pollici (1 centimetro) e uno spessore di 0,01 pollici (0,3 millimetri). Lo schema di scanalature inciso del vortice è molto simile a un disco compatto, facendolo sembrare una versione in miniatura di un CD. L'immagine a destra ingrandisce il centro della maschera con un microscopio elettronico a scansione. Questa vista rivela la microstruttura della maschera, evidenziandone le scanalature concentriche, che hanno uno spessore circa cento volte inferiore a quello di un capello umano. Credito:Università di Liegi/Università di Uppsala
Il secondo studio sui vortici, guidato da Mawet, presenta un'immagine del più interno di tre anelli di polvere, materiale formante pianeti attorno alla giovane stella chiamata HD141569A. I risultati, quando combinato con i dati a infrarossi delle missioni Spitzer e WISE della NASA, e la missione Herschel dell'Agenzia spaziale europea, rivelano che il materiale formante il pianeta della stella è costituito da granelli di olivina delle dimensioni di un ciottolo, uno dei silicati più abbondanti nel mantello terrestre. I dati mostrano anche che la temperatura dell'anello più interno ripreso dal vortice è di circa meno 280 gradi Fahrenheit (100 Kelvin, o meno 173 gradi Celsius), un po' più caldo della nostra cintura di asteroidi.
"I tre anelli attorno a questa giovane stella sono annidati come bambole russe e stanno subendo cambiamenti drammatici che ricordano la formazione planetaria, " ha detto Mawet. "Abbiamo dimostrato che i grani di silicato si sono agglomerati in ciottoli, che sono gli elementi costitutivi degli embrioni del pianeta."
A proposito del coronografo a vortice
Il vortice è stato inventato nel 2005 da Mawet mentre era all'Università di Liegi in Belgio. Il coronografo a vortice Keck è stato costruito da una combinazione dell'Università di Liegi, Università di Uppsala in Svezia, JPL e Caltech.
Le prime immagini scientifiche e i risultati dello strumento a vortice dimostrano la sua capacità di visualizzare le regioni di formazione dei pianeti nascoste sotto il bagliore delle stelle. Le stelle eclissano i pianeti di un fattore che va da poche migliaia a qualche miliardo, rendendo la luce fioca dei pianeti molto difficile da vedere, soprattutto per i pianeti che si trovano vicino alle loro stelle. Per affrontare questa sfida, ricercatori hanno inventato strumenti chiamati coronografi, che in genere usano minuscole maschere per bloccare la luce delle stelle, proprio come bloccare il sole splendente con la mano o il parasole di un'auto per vedere meglio.
Questa immagine mostra la nana bruna HIP 79124 B, situato 23 volte più lontano dalla sua stella ospite quanto la Terra è dal sole. Credito:NASA/JPL-Caltech
Ciò che rende unico il coronografo a vortice è che non blocca la luce delle stelle con una maschera, ma invece reindirizza la luce lontano dai rivelatori utilizzando una tecnica in cui le onde luminose vengono combinate e annullate. Perché il vortice non richiede una maschera occultante, ha il vantaggio di acquisire immagini di regioni più vicine alle stelle rispetto ad altri coronografi. Mawet paragona il processo all'occhio di un ciclone.
"Lo strumento è chiamato coronografo a vortice perché la luce delle stelle è centrata su una singolarità ottica, che crea un buco scuro nella posizione dell'immagine della stella, " disse Mawet. "Gli uragani hanno una singolarità al centro in cui la velocità del vento scende a zero:l'occhio del ciclone. Il nostro coronografo a vortice è fondamentalmente l'occhio di una tempesta ottica in cui inviamo la luce delle stelle".
Cosa c'è dopo per il vortice?
Nel futuro, il vortice guarderà a molti più giovani sistemi planetari, in particolare i pianeti vicini alle "linee del gelo, " che sono la regione intorno a una stella dove le temperature sono abbastanza fredde per le molecole volatili, come l'acqua, metano e anidride carbonica, condensare in solidi grani ghiacciati. Si pensa che la linea del gelo divida un sistema solare in regioni in cui è probabile che i pianeti diventino giganti rocciosi o gassosi. I sondaggi della regione della linea di gelo da parte del coronografo a vortice aiuteranno a rispondere agli enigmi in corso su una classe di pianeti giganti trovati estremamente vicini alle loro stelle:i "caldi Giove, " e "Nettuno caldo." Questi pianeti si sono formati per la prima volta vicino alla linea del gelo e sono o si sono formati proprio accanto alle loro stelle? "Con un po' di fortuna, potremmo catturare pianeti nel processo di migrazione attraverso il disco di formazione dei pianeti, guardando questi giovanissimi oggetti, " disse Mawet.
"Il potere del vortice sta nella sua capacità di visualizzare i pianeti molto vicini alla loro stella, qualcosa che non possiamo ancora fare per i pianeti simili alla Terra, " ha detto Serabyn. "Il coronografo a vortice potrebbe essere la chiave per scattare le prime immagini di un punto blu pallido come il nostro."
