Una coppia di astronomi della Columbia University che utilizzano il telescopio spaziale Hubble della NASA e il telescopio spaziale Kepler hanno raccolto prove convincenti dell'esistenza di una luna in orbita attorno a un pianeta gigante di gas 8, 000 anni luce di distanza.

In un articolo pubblicato il 3 ottobre sulla rivista Progressi scientifici , Alex Teachey e David Kipping riferiscono che il rilevamento di un candidato exomoon, ovvero, lune in orbita attorno a pianeti in altri sistemi stellari, è insolito a causa delle sue grandi dimensioni, paragonabile al diametro di Nettuno. Tali lune gigantesche non esistono nel nostro sistema solare, dove sono stati catalogati quasi 200 satelliti naturali.

"Questo sarebbe il primo caso di rilevamento di una luna al di fuori del nostro sistema solare, " disse Kipping, un assistente professore di astronomia alla Columbia. "Se confermato dalle osservazioni di Hubble di follow-up, la scoperta potrebbe fornire indizi vitali sullo sviluppo dei sistemi planetari e potrebbe indurre gli esperti a rivisitare le teorie su come si formano le lune attorno ai pianeti".

Alla ricerca di esolune, i ricercatori hanno analizzato i dati di 284 pianeti scoperti da Keplero che si trovavano in orbite relativamente ampie, con periodi superiori a 30 giorni, intorno alla loro stella ospite. Le osservazioni hanno misurato l'oscuramento momentaneo della luce stellare quando un pianeta passava davanti alla sua stella, chiamato transito. I ricercatori hanno trovato un caso, in Keplero 1625b, che presentava anomalie intriganti.

"Abbiamo visto piccole deviazioni e oscillazioni nella curva di luce che hanno attirato la nostra attenzione, " ha detto Kipping.

I risultati di Kepler sono stati sufficienti per consentire al team di ottenere 40 ore di tempo con Hubble per studiare intensamente il pianeta, ottenendo dati quattro volte più precisi di quelli di Keplero. I ricercatori hanno monitorato il pianeta prima e durante il suo transito di 19 ore sulla superficie della stella. Dopo che è finito, Hubble ha rilevato una seconda e molto più piccola diminuzione della luminosità della stella 3,5 ore dopo, coerente con "una luna che segue il pianeta come un cane che segue il suo proprietario al guinzaglio, " ha detto Kipping. "Purtroppo, le osservazioni programmate di Hubble si sono concluse prima che potesse essere misurato il transito completo della luna."

Oltre a questo tuffo di luce, Hubble ha fornito prove a sostegno dell'ipotesi della luna misurando che il pianeta ha iniziato il suo transito 1,25 ore prima del previsto. Ciò è coerente con il pianeta e la luna in orbita attorno a un centro di gravità comune (baricentro) che farebbe oscillare il pianeta dalla sua posizione prevista.

"Una civiltà extraterrestre che osservasse il transito della Terra e della Luna verso il Sole noterebbe anomalie simili nei tempi del transito della Terra, " ha detto Kipping.

I ricercatori osservano che in linea di principio questa anomalia potrebbe essere causata dall'attrazione gravitazionale di un ipotetico secondo pianeta nel sistema, sebbene Keplero non abbia trovato prove di ulteriori pianeti attorno alla stella durante la sua missione di quattro anni.

"Una luna compagna è la spiegazione più semplice e naturale per il secondo calo della curva di luce e la deviazione del tempo orbitale, " ha detto l'autore principale Teachey, NSF Graduate Fellow in astronomia alla Columbia. "È stato un momento scioccante vedere quella curva di luce, il mio cuore ha iniziato a battere un po' più velocemente e ho continuato a guardare quella firma. Ma sapevamo che il nostro compito era quello di mantenere un livello di testa testare ogni modo immaginabile in cui i dati potrebbero ingannarci fino a quando non siamo rimasti senza altra spiegazione".

Si stima che la luna abbia solo l'1,5% della massa del suo pianeta compagno, che si stima essere parecchie volte la massa di Giove. Questo valore è vicino al rapporto di massa tra la Terra e la sua luna. Ma nel caso del sistema Terra-Luna e del sistema Plutone-Caronte, il più grande dei cinque satelliti naturali conosciuti del pianeta nano Plutone, si ipotizza che una collisione precoce con un corpo più grande abbia fatto esplodere materiale che in seguito si è unito in un Luna. Kepler 1625b e il suo satellite, però, sono gassosi, non roccioso, e, perciò, una tale collisione potrebbe non portare alla condensazione di un satellite.

Le esolune sono difficili da trovare perché sono più piccole del loro pianeta compagno e quindi il loro segnale di transito è debole; cambiano anche posizione ad ogni transito perché la luna è in orbita attorno al pianeta. Inoltre, i pianeti candidati ideali che ospitano lune sono in grandi orbite, con tempi di transito lunghi e poco frequenti. In questa ricerca, la luna delle dimensioni di Nettuno sarebbe stata tra le più facili da rilevare per la prima volta a causa delle sue grandi dimensioni.

Il pianeta ospite e la sua luna si trovano all'interno della zona abitabile della stella di massa solare (Kepler 1625), dove le temperature moderate consentono l'esistenza di acqua liquida su qualsiasi superficie planetaria solida. "Entrambi i corpi, però, sono considerati gassosi e quindi inadatti alla vita come la conosciamo, " ha detto Kipping.

Le ricerche future prenderanno di mira i pianeti delle dimensioni di Giove che sono più lontani dalla loro stella di quanto la Terra sia dal Sole. Ce ne sono solo una manciata nel database di Kepler. L'imminente James Webb Space Telescope della NASA potrebbe davvero "ripulire" nella ricerca satellitare, Kipping ha detto. "Possiamo aspettarci di vedere lune davvero minuscole."