In un'impresa senza precedenti, un team di ricerca americano ha scoperto i segreti nascosti di un esopianeta sfuggente utilizzando un nuovo potente strumento presso il telescopio Gemini North di 8 metri su Maunakea alle Hawaii. I risultati non solo classificano un esopianeta delle dimensioni di Giove in un sistema stellare binario stretto, ma anche dimostrare in modo conclusivo, per la prima volta, quale stella orbita attorno al pianeta.

La svolta si è verificata quando Steve B. Howell del NASA Ames Research Center e il suo team hanno utilizzato uno strumento di imaging ad alta risoluzione del loro design, chiamato "Alopeke (una parola hawaiana contemporanea per Fox). Il team ha osservato l'esopianeta Kepler-13b mentre passava di fronte (in transito) a una delle stelle nel sistema stellare binario Kepler-13AB circa 2, 000 anni luce di distanza. Prima di questo tentativo, la vera natura dell'esopianeta era un mistero.

"C'era confusione su Kepler-13b:era una stella di piccola massa o un caldo mondo simile a Giove? Così abbiamo ideato un esperimento usando lo strumento astuto 'Alopeke, " Ha detto Howell. La ricerca è stata recentemente pubblicata su Giornale Astronomico . "Abbiamo monitorato entrambe le stelle, Keplero A e Keplero B, contemporaneamente alla ricerca di eventuali cambiamenti di luminosità durante il transito del pianeta, "Howell ha spiegato. "Con nostro piacere, non solo abbiamo risolto il mistero, ma ha anche aperto una finestra su una nuova era di ricerca sugli esopianeti".

"Questa doppia vittoria ha elevato l'importanza di strumenti come 'Alopeke nella ricerca sugli esopianeti, " ha detto Chris Davis della National Science Foundation, una delle agenzie di sponsorizzazione di Gemini. "Le squisite capacità di visione e telescopio dell'Osservatorio Gemini, così come l'innovativo strumento "Alopeke" ha reso possibile questa scoperta in sole quattro ore di osservazione".

'Alopeke esegue "immagini speckle, " raccogliendo mille esposizioni da 60 millisecondi ogni minuto. Dopo aver elaborato questa grande quantità di dati, le immagini finali sono prive degli effetti negativi della turbolenza atmosferica, che può gonfiarsi, sfocatura, e distorcere le immagini delle stelle.

"Circa la metà di tutti gli esopianeti orbitano attorno a una stella che risiede in un sistema binario, ancora, fino ad ora, non riuscivamo a determinare con certezza quale stella ospita il pianeta, " disse Howell.

L'analisi del team ha rivelato un chiaro calo della luce di Kepler A, dimostrando che il pianeta orbita la più luminosa delle due stelle. Inoltre, "Alopeke fornisce simultaneamente dati a lunghezze d'onda sia rosse che blu, una capacità insolita per gli speckle imager. Confrontando i dati rosso e blu, i ricercatori sono rimasti sorpresi nello scoprire che il calo della luce blu della stella era circa due volte più profondo del calo visto nella luce rossa. Ciò può essere spiegato da un esopianeta caldo con un'atmosfera molto estesa, che blocca più efficacemente la luce alle lunghezze d'onda blu. Così, queste osservazioni di macchie multicolori danno uno sguardo allettante sull'aspetto di questo mondo lontano.

Le prime osservazioni una volta indicavano che l'oggetto in transito era una stella di piccola massa o una nana bruna (un oggetto da qualche parte tra i pianeti più pesanti e le stelle più leggere). Ma la ricerca di Howell e del suo team mostra quasi certamente che l'oggetto è un esopianeta gigante gassoso simile a Giove con un'atmosfera "gonfiata" a causa dell'esposizione alla tremenda radiazione della sua stella ospite.

"Alopeke ha un gemello identico al telescopio Gemini South in Cile, di nome Zorro, che è la parola per volpe in spagnolo. Come 'Alopeke, Zorro è in grado di eseguire l'imaging a macchie sia nelle lunghezze d'onda blu che rosse. La presenza di questi strumenti in entrambi gli emisferi consente all'Osservatorio Gemini di risolvere le migliaia di esopianeti noti per essere in più sistemi stellari.

"L'imaging a macchie sta vivendo una rinascita con la tecnologia come veloce, rivelatori a basso rumore che diventano più facilmente disponibili, " ha detto il membro del team e lo scienziato dello strumento Alopeke Andrew Stephens al telescopio Gemini North. "Combinato con il grande specchio primario di Gemini, "Alopeke ha un potenziale reale per fare scoperte di esopianeti ancora più significative aggiungendo un'altra dimensione alla ricerca".

Proposta per la prima volta dall'astronomo francese Antoine Labeyrie nel 1970, l'imaging speckle si basa sull'idea che la turbolenza atmosferica può essere "congelata" quando si ottengono esposizioni molto brevi. In queste brevi esposizioni, le stelle sembrano raccolte di piccole macchie, o macchie, dove ciascuno di questi punti ha la dimensione del limite ottimale di risoluzione del telescopio. Quando si effettuano molte esposizioni, e utilizzando un intelligente approccio matematico, queste macchioline possono essere ricostruite per formare la vera immagine della sorgente, rimuovendo l'effetto della turbolenza atmosferica. Il risultato è l'immagine della più alta qualità che un telescopio può produrre, ottenere efficacemente la risoluzione spaziale dal suolo, rendendo questi strumenti superbe sonde di ambienti extrasolari che possono ospitare pianeti.

La scoperta di pianeti in orbita attorno ad altre stelle ha cambiato la visione del nostro posto nell'Universo. Le missioni spaziali come il telescopio spaziale Kepler/K2 della NASA e il Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) hanno rivelato che ci sono il doppio dei pianeti in orbita attorno alle stelle nel cielo rispetto alle stelle visibili a occhio nudo; ad oggi il conteggio totale delle scoperte si aggira intorno a 4, 000. Mentre questi telescopi rilevano gli esopianeti cercando piccoli cali nella luminosità di una stella quando un pianeta le attraversa, hanno i loro limiti.

"Queste missioni osservano ampi campi visivi contenenti centinaia di migliaia di stelle, quindi non hanno la risoluzione spaziale fine necessaria per sondare più in profondità, " Ha detto Howell. "Una delle principali scoperte della ricerca sugli esopianeti è che circa la metà di tutti gli esopianeti orbitano attorno a stelle che risiedono in sistemi binari. Per dare un senso a questi sistemi complessi sono necessarie tecnologie in grado di condurre osservazioni sensibili al tempo e investigare i dettagli più fini con eccezionale chiarezza".

"Il nostro lavoro con Kepler-13b rappresenta un modello per la ricerca futura sugli esopianeti in più sistemi stellari, " Howell ha continuato. "Le osservazioni evidenziano la capacità dell'imaging ad alta risoluzione con potenti telescopi come Gemini di valutare non solo quali stelle con pianeti sono in binari, ma anche determinare in modo affidabile su quale delle stelle orbita l'esopianeta".