Immagina di provare a vedere una lucciola vicino a un riflettore lontano, dove i raggi del riflettore quasi soffocano il debole bagliore della lucciola. Aggiungi nebbia, ed entrambe le luci sono attenuate. Il bagliore della lucciola è ancora visibile?

Questa è la domanda della caccia alle firme osservabili dei sistemi terrestri, o HOST, Il sondaggio aveva il compito di rispondere, anche se su scala cosmica. Utilizzando l'interferometro del grande telescopio binoculare, o LBTI, nell'Arizona, l'indagine HOSTS determina la luminosità e la densità della polvere calda che galleggia nelle zone abitabili delle stelle vicine, dove potrebbe esistere acqua liquida sulla superficie di un pianeta.

Questa ricerca contribuirà a un rapporto annuale sul campo dell'astrofisica, prodotto dalle Accademie Nazionali, che la NASA usa per aiutare a tracciare una rotta per le missioni future, alcuni dei quali potrebbero continuare la ricerca di pianeti attorno ad altre stelle, conosciuti come pianeti extrasolari. Ma prima che si possano progettare telescopi per potenziali missioni di caccia di esopianeti, gli astronomi devono sapere se c'è un limite fondamentale alla loro capacità di vedere un minuscolo, pianeta debole vicino a una stella luminosa quando il sistema è avvolto dalla polvere.

"Il nostro risultato è che non c'è nessun problema fondamentale, ", ha affermato Steve Ertel dello Steward Observatory dell'Università dell'Arizona, scienziato dello strumento per l'interferometro del grande telescopio binoculare e autore principale della carta, "The HOSTS Survey - Misurazioni della polvere eso-zodiacale per 30 stelle, " che è pubblicato nel nel Giornale Astronomico . "Ora è una sfida tecnica".

Una potenziale missione per la ricerca di pianeti terrestri probabilmente includerebbe un telescopio spaziale, e l'indagine HOSTS aiuterà a determinarne le dimensioni.

"Più polvere c'è, più grande deve essere il telescopio per riprendere un pianeta, " ha detto Ertel. "È importante sapere quale dimensione del telescopio è richiesta, così i costi possono essere ridotti al minimo."

La polvere che orbita nel piano del nostro sistema solare è conosciuta come "polvere zodiacale". L'indagine HOSTS ha determinato che il livello tipico di polvere zodiacale attorno ad altre stelle, chiamata "polvere eso-zodiacale", è inferiore a 15 volte la quantità trovata nella zona abitabile del nostro sistema solare. Le stelle con più di quella quantità di polvere sono obiettivi scadenti per future missioni di imaging di esopianeti, poiché i pianeti sarebbero difficili da vedere attraverso la foschia. Una di queste stelle con un disco di polvere prominente, chiamato Epsilon Eridani, è una delle 10 stelle più vicine indagate dall'indagine HOSTS.

"È molto vicino, " Disse Ertel. "È una stella molto simile al nostro sole. Sarebbe un bel bersaglio da guardare, ma abbiamo capito che non sarebbe stata una buona idea. Non saresti in grado di vedere un pianeta simile alla Terra intorno ad esso."

"Questa è la nostra migliore ipotesi"

Se polvere e detriti rendono difficile trovare mondi rocciosi, allora perché cercare pianeti in sistemi polverosi?

"C'è polvere nel nostro sistema solare, " ha detto Philip Hinz, il capo del team di HOSTS Survey e professore associato di astronomia presso l'UA. "Vogliamo caratterizzare stelle simili al nostro sistema solare, perché questa è la nostra migliore ipotesi su quali altri sistemi planetari potrebbero avere vita."

Anche il modello di distribuzione della polvere attorno a una stella ospite può dire agli astronomi qualcosa sui potenziali pianeti in un sistema stellare. Alcune stelle sono larghe, dischi continui che riempiono l'intero sistema. Questo è considerato un modello standard, poiché la polvere si forma durante le collisioni di asteroidi lontano dalla stella e poi si muove a spirale verso la stella in modo da essere distribuita uniformemente in tutto il sistema.

"Questo è qualcosa che ci aspettavamo di vedere, ma abbiamo anche visto delle sorprese, " disse Ertel.

prendi Vega, una delle stelle più luminose del cielo notturno. Da più di 30 anni, gli astronomi hanno saputo che Vega ha un'enorme cintura di polvere fredda lontana dalla stella, analogo alla fascia di Kuiper del nostro sistema solare. La stella ha anche un disco di polvere calda molto vicino ad essa.

"Pensavamo che Vega dovesse avere polvere anche nella zona abitabile, perché ha polvere molto vicina e polvere più lontana, " disse Ertel. "Ma abbiamo guardato nella zona abitabile di Vega e non abbiamo trovato nulla."

La zona abitabile di Vega è priva di polvere rilevabile, il che potrebbe indicare che il sistema ha pianeti che impediscono alla polvere di accumularsi lì. Non sono ancora stati rilevati pianeti intorno a Vega, ma le attuali osservazioni non sono nemmeno abbastanza sensibili da rilevare un pianeta grande come Giove vicino alla stella, per non parlare di pianeti simili alla Terra.

"Questa potrebbe essere un'indicazione di un pianeta che non possiamo vedere, " disse Ertel. "Potrebbe essere un pianeta enorme al di fuori della zona abitabile, o potrebbero essere diversi pianeti di massa terrestre."

Altre stelle avevano diverse distribuzioni di polvere:niente di lontano o molto vicino, ma enormi quantità di brillante, polvere calda nelle loro zone abitabili. Se una stella non ha un analogo della fascia di Kuiper che produce polvere, ma ha ancora un anello di polvere calda, ci deve essere un altro meccanismo in gioco nel sistema.

"Potrebbero esserci pianeti giganti come Giove e Saturno in quel sistema, ma la cintura di asteroidi di quel sistema ha molta massa, quindi stai ricevendo molte collisioni che producono grandi quantità di polvere, " Ha detto Hinz.

Lo studio di questi dischi di polvere fornisce agli astronomi più pezzi del puzzle dell'architettura planetaria. Mentre gli studi passati hanno cercato pianeti molto vicini, e molto lontano da, stelle per determinare dove si trovano tipicamente i pianeti nei sistemi stellari, l'indagine HOSTS sta determinando come appaiono le cinture di polvere e asteroidi nel sistema stellare medio.

"Il sondaggio è in corso, quindi abbiamo più domande che risposte, " Ha detto Hinz. "Siamo nei primi giorni per cercare di capire come tutto combacia."

Metodi di rilevamento

La polvere eso-zodiacale è stata riscaldata a temperatura ambiente dalla sua stella ospite, quindi si illumina quando viene visualizzato in lunghezze d'onda infrarosse, cioè alla luce infrarossa, emesso da oggetti riscaldati. Però, a quelle lunghezze d'onda, le stelle brillano 10, 000 volte più luminoso della polvere. Per vedere quanta polvere vorticava intorno alle 30 stelle che avevano scelto, l'indagine HOSTS ha rilevato i dischi di polvere utilizzando una tecnica chiamata "Bracewell nulling interferometry, "dopo Ronald Bracewell, l'astronomo che per primo ha suggerito il metodo.

"Interferometria significa 'misurare l'interferenza tra due treni d'onde, '", ha detto Hinz.

Il grande telescopio binoculare, o LBT, ha la capacità unica di eseguire questa interferometria, poiché è progettato in modo che i suoi due telescopi possano rilevare onde luminose perfettamente sfasate tra loro. Quando le onde sono fuori fase, si annullano a vicenda, facendo appiattire i loro picchi e avvallamenti.

"Il risultato è che annulli la luce della stella, " Ha detto Hinz.

Una tecnica simile è stata introdotta nel 1998, utilizzando il Multiple Mirror Telescope sul Monte Hopkins in Arizona.

"Ci sono voluti quasi 20 anni per perfezionare la tecnica in modo che fosse abbastanza precisa da poterci liberare della stella e abbastanza sensibile da poter vedere la luce rimanente dalla polvere, " Ha detto Hinz.

Il raggiungimento di questa cancellazione richiede che l'LBT sia adattabile. Dopo che la luce rimbalza sugli specchi primari di 8 metri del telescopio, si riflette sugli specchi secondari e nei rivelatori. Gli specchi secondari sono deformabili in modo da poter correggere le distorsioni della luce causate dalle increspature nell'atmosfera. Affinché l'interferometria funzioni, queste correzioni devono essere accurate a un centesimo della larghezza di un capello umano.