Sotto un elegante edificio per uffici con un tetto di tegole rosse in stile spagnolo a Pasadena, California, tre vecchi magazzini custodiscono più di un secolo di astronomia. Giù per le scale ea destra c'è un seminterrato delle meraviglie. Ci sono innumerevoli cassetti e scatole di legno, impilati dal pavimento al soffitto, con piastre telescopiche, disegni di macchie solari e altri record. Un debole odore di ammoniaca, che ricorda i vecchi film, riempie l'aria.

A guardia di un magazzino c'è una piccola porta nera con un cartello che dice "Questa porta deve essere tenuta chiusa".

Gli osservatori Carnegie ospitano 250, 000 lastre fotografiche scattate a Mount Wilson, gli osservatori di Palomar e Las Campanas, che abbraccia più di 100 anni. Nei loro tempi d'oro, i telescopi Mount Wilson da 60 pollici e 100 pollici:il più grande ha visto la sua prima luce il 1 novembre, 1917:erano gli strumenti più potenti del loro genere. Ognuno ha cambiato indelebilmente la comprensione dell'umanità del nostro posto nel cosmo. Ma queste meraviglie tecnologiche erano in anticipo sui tempi:in un caso, catturando segni di mondi lontani che non sarebbero stati riconosciuti per un secolo.

Il Monte Wilson è il luogo in cui sono state fatte alcune delle scoperte chiave sulla nostra galassia e sull'universo all'inizio del XX secolo. È qui che Edwin Hubble si è reso conto che la Via Lattea non può essere l'estensione del nostro universo, perché Andromeda (o M31) è più lontana dei confini più lontani della nostra galassia. La lastra fotografica del telescopio Hooker da 100 pollici del 1923, che ha catturato questa monumentale realizzazione, viene fatto esplodere come un enorme poster fuori dai magazzini Carnegie.

Hubble e Milton Humason, la cui carriera a Mount Wilson è iniziata come bidello, hanno lavorato insieme per esplorare la natura in espansione dell'universo. Usando i leggendari telescopi, così come i dati dell'Osservatorio Lowell di Flagstaff, Arizona, hanno riconosciuto che gli ammassi di galassie si allontanano l'uno dall'altro e le galassie più distanti si allontanano l'una dall'altra a velocità maggiori.

Ma c'è una cosa molto meno conosciuta, Scoperta centenaria dal Monte Wilson, uno che è stato identificato e non apprezzato fino a poco tempo. In realtà è:la prima prova di esopianeti.

Una storia poliziesca

È iniziato con Ben Zuckerman, professore emerito di astronomia all'Università della California, Los Angeles. Stava preparando un discorso sulle composizioni di pianeti e corpi rocciosi più piccoli al di fuori del nostro sistema solare per un simposio di luglio 2014 su invito di Jay Farihi, che aveva aiutato a supervisionare quando Farihi era uno studente laureato all'UCLA. Farihi aveva suggerito a Zuckerman di parlare dell'inquinamento delle nane bianche, che sono deboli, stelle morte composte principalmente da idrogeno ed elio. Per "inquinamento, Gli astronomi intendono gli elementi pesanti che invadono le fotosfere, le atmosfere esterne, di queste stelle. Il fatto è che tutti quegli elementi extra non dovrebbero essere lì:la forte gravità della nana bianca dovrebbe attirare gli elementi all'interno della stella, e fuori dalla vista.

La prima nana bianca inquinata identificata si chiama Van Maanen's Star (o "van Maanen 2" nella letteratura scientifica), dopo il suo scopritore Adriaan van Maanen. Van Maanen scoprì questo oggetto nel 1917 individuando il suo sottile movimento rispetto ad altre stelle tra il 1914 e il 1917. L'astronomo Walter Sydney Adams, che sarebbe poi diventato direttore di Mount Wilson, ha catturato lo spettro, un'impronta digitale chimica, della stella di van Maanen su una piccola lastra di vetro utilizzando il telescopio da 60 pollici del Monte Wilson. Adams ha interpretato lo spettro come quello di una stella di tipo F, presumibilmente basato sulla presenza e la forza di calcio e altre caratteristiche di assorbimento degli elementi pesanti, con una temperatura leggermente superiore al nostro Sole. Nel 1919, van Maanen l'ha definita una "stella molto debole".

Oggi, sappiamo che la stella di van Maanen, che dista circa 14 anni luce, è la nana bianca più vicina alla Terra che non fa parte di un sistema binario.

"Questa stella è un'icona, " Farihi ha detto di recente. "E 'il primo del suo genere. È davvero il prototipo".

Mentre preparava il suo discorso, Zuckerman ha avuto quello che in seguito ha definito un "vero momento 'eureka'". La stella di Van Maanen, all'insaputa degli astronomi che lo studiarono nel 1917 e di quelli che ci pensarono per decenni dopo, deve essere la prima prova osservativa dell'esistenza di esopianeti.

Cosa ha a che fare questo con gli esopianeti?

Gli elementi pesanti nello strato più esterno della stella non avrebbero potuto essere prodotti all'interno della stella, perché affonderebbero immediatamente a causa dell'intenso campo gravitazionale della nana bianca. Quando nel XX secolo furono scoperte altre nane bianche con elementi pesanti nelle loro fotosfere, gli scienziati arrivarono a credere che i materiali esotici dovessero provenire dal mezzo interstellare, in altre parole, elementi fluttuanti nello spazio tra le stelle.

Ma nel 1987, più di 70 anni dopo lo spettro di Mount Wilson della stella di van Maanen, Zuckerman e il suo collega Eric Becklin hanno riportato un eccesso di luce infrarossa attorno a una nana bianca, che pensavano potesse provenire da una debole "stella mancata" chiamata nana bruna. Questo era, nel 1990, interpretato come un caldo, disco polveroso in orbita attorno a una nana bianca. All'inizio degli anni 2000, era emersa una nuova teoria sulle nane bianche inquinate:gli esopianeti potevano spingere piccoli corpi rocciosi verso la stella, la cui potente gravità li polverizzerebbe in polvere. quella polvere, contenente elementi pesanti dal corpo dilaniato, cadrebbe poi sulla stella.

"La linea di fondo è:se sei un asteroide o una cometa, non puoi semplicemente cambiare il tuo indirizzo. Hai bisogno di qualcosa per muoverti, " Disse Farihi. "Di gran lunga, i migliori candidati sono i pianeti per farlo."

Il telescopio spaziale Spitzer della NASA è stato determinante nell'espansione del campo delle nane bianche inquinate orbitate da calde, dischi polverosi. Dal lancio nel 2004, Spitzer ha confermato circa 40 di queste stelle speciali. Un altro telescopio spaziale, Esploratore di sondaggi a infrarossi ad ampio campo della NASA, rilevata anche una manciata, portando il totale a circa quattro dozzine oggi conosciute. Poiché questi oggetti sono così deboli, la luce infrarossa è fondamentale per identificarli.

"Non possiamo misurare l'esatta quantità di luce infrarossa proveniente da questi oggetti usando i telescopi a terra, " disse Farihi. "Spitzer, nello specifico, semplicemente spalancato tutto questo."

Sostenendo la nuova teoria del "disco polveroso" delle nane bianche tirate, nel 2007, Zuckerman e colleghi hanno pubblicato osservazioni di un'atmosfera di nana bianca con 17 elementi, materiali simili a quelli trovati nel sistema Terra-Luna. (Il defunto professore dell'UCLA Michael Jura, che ha dato contributi cruciali allo studio delle nane bianche inquinate, faceva parte di questa squadra.) Questa era un'ulteriore prova che almeno un piccolo, corpo roccioso, o anche un pianeta, era stato fatto a pezzi dalla gravità di una nana bianca. Gli scienziati ora generalmente concordano sul fatto che una singola stella nana bianca con elementi pesanti nel suo spettro probabilmente ha almeno una cintura di detriti rocciosi - i resti di corpi che si sono scontrati violentemente e non hanno mai formato pianeti - e probabilmente almeno un pianeta principale.

Così, gli elementi pesanti che galleggiavano nel mezzo interstellare non potevano spiegare le osservazioni. "Circa 90 anni dopo la scoperta di van Maanen, gli astronomi hanno detto, 'Wow, questo modello di accrescimento interstellare non può essere giusto, '", ha detto Zuckerman.

Inseguendo lo spettro

Ispirato da Zuckerman, Farihi si innamorò dell'idea che qualcuno avesse preso uno spettro con la prima prova di esopianeti nel 1917, e che deve esistere una registrazione di tale osservazione. "Ho messo i denti nella domanda e non avrei lasciato andare, " Egli ha detto.

Farihi ha contattato gli Osservatori Carnegie, che possiede i telescopi Mount Wilson e custodisce i loro archivi. Il direttore della Carnegie John Mulchaey ha incaricato il volontario Dan Kohne di occuparsi del caso. Kohne ha scavato negli archivi e, due giorni dopo, Mulchaey ha inviato a Farihi un'immagine dello spettro.

"Non posso dire di essere rimasto scioccato, francamente, ma sono stato piacevolmente spazzato via dal mio posto per vedere che la firma era lì, e si vedeva anche con l'occhio umano, "Ha detto Fari.

Lo spettro della Stella di van Maanen che Farihi aveva richiesto si trova ora in una piccola custodia d'archivio, etichettato con la data scritta a mano "1917 Oct 24" e una moderna nota adesiva gialla:"forse 1a registrazione di un esopianeta".

Cinzia Caccia, un astronomo che serve come presidente del comitato di storia di Carnegie, prese la lastra di vetro dalla busta e la posò su un visore che la illuminò. Lo spettro stesso è di circa 1/6 di pollice, o poco più di 0,4 centimetri.

Sebbene il piatto sembri insignificante a prima vista, Farihi ha visto due evidenti "zanne" che rappresentavano cali nello spettro. A lui, questa era la pistola fumante:due linee di assorbimento dallo stesso ione calcio, il che significa che c'erano elementi pesanti nella fotosfera della nana bianca, indicando che probabilmente ha almeno un esopianeta. Ne ha scritto nel 2016 in New Astronomy Reviews.

Esopianeti e dischi di detriti

Gli scienziati hanno a lungo pensato che la gravità dei pianeti giganti potesse mantenere in posizione le cinture di detriti, soprattutto nei sistemi planetari giovani. Un recente studio in Giornale Astrofisico hanno mostrato che le giovani stelle con dischi di polvere e detriti hanno maggiori probabilità di avere pianeti giganti in orbita a grande distanza dalla loro stella madre rispetto a quelle senza dischi.

Una nana bianca non è una giovane stella, anzi, si forma quando una stella di massa medio-bassa ha già bruciato tutto il carburante al suo interno. Ma il principio è lo stesso:l'attrazione gravitazionale degli esopianeti giganti potrebbe lanciare piccoli, corpi rocciosi nelle nane bianche.

Il nostro Sole diventerà una gigante rossa tra circa 5 miliardi di anni, espandendosi così tanto che potrebbe persino inghiottire la Terra prima che elimini i suoi strati esterni e diventi una nana bianca. A quel punto, La grande influenza gravitazionale di Giove potrebbe essere più distruttiva per la fascia degli asteroidi, lanciando oggetti verso il nostro Sole molto più fioco. Questo tipo di scenario potrebbe spiegare gli elementi pesanti di Star di van Maanen.

Le osservazioni di Spitzer della stella di van Maanen non hanno trovato finora nessun pianeta lì. Infatti, ad oggi, nessun esopianeta è stato confermato in orbita attorno a nane bianche, anche se si ha un oggetto pensato per essere un pianeta enorme. Altre prove convincenti sono emerse solo negli ultimi due anni. Utilizzando l'Osservatorio W. M. Keck alle Hawaii, scienziati, compreso Zuckerman, ha recentemente annunciato di aver trovato prove di un oggetto simile alla cintura di Kuiper che è stato mangiato da una nana bianca.

Gli scienziati stanno ancora esplorando le nane bianche inquinate e stanno cercando gli esopianeti che potrebbero ospitare. Circa il 30 percento di tutte le nane bianche che conosciamo sono inquinate, ma i loro dischi di detriti sono più difficili da individuare. Jura ha affermato che con molti asteroidi che entrano e si scontrano con detriti, la polvere può essere convertita in gas, che non avrebbe lo stesso segnale a infrarossi altamente rilevabile della polvere.

Farihi era entusiasta di come si è rivelato il suo lavoro di detective dell'archivio di Mount Wilson. Nel 2016, ha descritto la scoperta storica nel contesto di un articolo di revisione sulle nane bianche inquinate, sostenendo che le nane bianche sono "obiettivi convincenti per la ricerca sul sistema esoplanetario".

Chissà quali altri tesori trascurati attendono di essere scoperti negli archivi di grandi osservatori:le registrazioni dell'osservazione del cielo di un cosmo ricco di sottigliezze. Certamente, altri indizi saranno trovati da chi, mosso dalla curiosità, fa le domande giuste.

"È l'interazione personale con i dati che può davvero spronarci a impegnarci nelle domande che ci poniamo, "Ha detto Fari.