Rappresentazione artistica del sistema stellare Kepler-9 e di due dei suoi pianeti. Gli astronomi hanno confermato le densità molto basse di due dei pianeti di Kepler-9 utilizzando sia il metodo del tempo di transito che quello della velocità radiale. Credito:NASA, Jet Propulsion Laboratory/California Institute of Technology, Centro Ricerche Ames
La missione Keplero e la sua estensione, chiamato K2, scoperto migliaia di esopianeti. Li ha rilevati utilizzando la tecnica del transito, misurando il calo dell'intensità della luce ogni volta che un pianeta in orbita si muove attraverso la faccia della sua stella ospite vista dalla Terra. I transiti non possono solo misurare il periodo orbitale, spesso possono determinare le dimensioni dell'esopianeta dalla profondità e dalla forma dettagliate della sua curva di transito e dalle proprietà della stella ospite. Il metodo di transito, però, non misura la massa del pianeta. Il metodo della velocità radiale, al contrario, che misura l'oscillazione di una stella ospite sotto l'attrazione gravitazionale di un esopianeta orbitante, permette di misurare la sua massa. Conoscere il raggio e la massa di un pianeta consente di determinare la sua densità media, e quindi indizi sulla sua composizione.
Circa quindici anni fa, Gli astronomi CfA e altri si sono resi conto che nei sistemi planetari con più pianeti, lo strattone gravitazionale periodico di un pianeta su un altro altererà i loro parametri orbitali. Sebbene il metodo del transito non possa misurare direttamente le masse degli esopianeti, può rilevare queste variazioni orbitali e queste possono essere modellate per dedurre le masse. Kepler ha identificato centinaia di sistemi di esopianeti con variazioni dei tempi di transito, e dozzine sono state modellate con successo. Sorprendentemente, questa procedura sembrava trovare una prevalenza di esopianeti con densità molto basse. Il sistema Kepler-9, Per esempio, sembra avere due pianeti con densità rispettivamente di 0,42 e 0,31 grammi per centimetro cubo. (Per confronto, la densità media della Terra rocciosa è di 5,51 grammi per centimetro cubo, l'acqua è, per definizione, 1,0 grammi per centimetro cubo, e il gigante gassoso Saturno è 0,69 grammi per centimetro cubo.) I risultati sorprendenti gettano qualche dubbio su una o più parti della metodologia di variazione dei tempi di transito e hanno creato una preoccupazione di vecchia data.
CfA astronomi David Charbonneau, David Latham, Mercedes Lopez Morales, e David Phillips, e i loro colleghi hanno testato l'affidabilità del metodo misurando le densità dei pianeti Kepler-9 utilizzando il metodo della velocità radiale, i suoi due pianeti simili a Saturno fanno parte di un piccolo gruppo di esopianeti le cui masse possono essere misurate (anche se appena) con entrambe le tecniche. Hanno usato lo spettrometro HARPS-N sul Telescopio Nazionale Galileo a La Palma in sedici epoche osservative; HARPS-N può tipicamente misurare le variazioni di velocità con un errore minimo di circa venti miglia orarie. I loro risultati confermano le bassissime densità ottenute con il metodo del tempo di transito, e verificare la potenza del metodo di variazione del transito.