René Heller del Max Planck Institute for Solar System Research ha già fatto notare alla comunità scientifica quando lui e il suo team hanno scoperto non meno di 18 esopianeti precedentemente trascurati nei dati del telescopio spaziale Kepler. Ora ci sono riusciti di nuovo, questa volta nel trovare un pianeta in qualche modo simile alla Terra in orbita attorno a una stella simile al sole. Cosa c'è di così speciale nel nuovo metodo del Dr. Heller e del suo team?

La maggior parte degli esopianeti è stata finora trovata utilizzando il cosiddetto metodo di transito. Come funziona questo metodo e perché ha così tanto successo?

René Heller:Usando il metodo dei transiti cerchiamo brevi e ripetitivi oscuramenti di una stella, che sono causati da un pianeta che passa davanti alla stella se visto dalla Terra. Questo evento è chiamato transito. Quando guardi una stella scelta a caso, però, di solito non sai se ha un pianeta in transito o addirittura un pianeta. Per trovare nuovi transiti, di solito dobbiamo guardare una stella per molto tempo e senza pause, in genere per settimane e talvolta per anni. Ma non basta:perché il metodo di transito funzioni, dobbiamo essere nel piano orbitale del pianeta attorno alla sua stella, se visto dalla Terra. In media, questo è solo il caso di circa ogni centesimo esopianeta. E quindi abbiamo bisogno di osservare continuamente centinaia e migliaia di stelle.

Il metodo di transito non è quindi più promettente di altri metodi, ma assomiglia piuttosto alla proverbiale ricerca di un ago in un pagliaio. Il suo successo si basa principalmente sull'osservazione continua di un gran numero di stelle da parte del Kepler Space Telescope della NASA. Kepler ha scoperto migliaia di esopianeti dal 2009, in totale più della metà di tutti gli esopianeti conosciuti oggi.

Negli ultimi anni, sei riuscito a migliorare il consueto metodo di transito. Qual è il tuo trucco?

Fino a qualche anno fa, le grandi quantità di dati trasmesseci dai telescopi hanno reso necessario semplificare qua e là i nostri algoritmi di ricerca assistita da computer. Infatti, alcuni algoritmi di ricerca standard hanno prima degradato la qualità dei dati utilizzando il cosiddetto "binning" dei dati, e poi ha cercato i transiti nei dati a bassa risoluzione. Solo questo ha permesso di analizzare le enormi quantità di stelle, ciascuno con anni di misurazioni continue della luminosità entro periodi di tempo tollerabili, come pochi giorni o settimane. Negli ultimi anni, però, i progressi nella potenza di calcolo ci hanno permesso di utilizzare un algoritmo raffinato.

Il mio collega e specialista IT Michael Hippke ed io abbiamo ora perfezionato la procedura standard per le ricerche sui transiti di esopianeti semplicemente astenendosi dal binning dei dati. Parte dell'aumento del carico di lavoro del computer può essere assorbito dalla moderna potenza della CPU, ma abbiamo anche dovuto progettare il codice del computer da zero per renderlo il più efficiente possibile. Ora funziona anche su un laptop standard. Quindi puoi persino trovare un esopianeta durante un viaggio in treno con un laptop sulle ginocchia.

Quanti esopianeti trascurati sei riuscito a rintracciare?

Finora, abbiamo pubblicato 18 scoperte nei dati di Kepler. KOI-456.04 è ora il 19° esopianeta che abbiamo identificato e che è stato precedentemente trascurato dalle tecniche di ricerca standard. Infatti, abbiamo rilevato un'altra dozzina di candidati, che stiamo attualmente studiando più nel dettaglio prima di segnalarli alla community. Dopotutto, non vogliamo vendere un errore di misura come un pianeta. Oltre alle nostre ricerche con l'algoritmo aggiornato, abbiamo persino visto altri team di ricerca scaricare il nostro codice e utilizzarli per le proprie ricerche. Non sarei sorpreso se il nostro algoritmo diventasse il nuovo standard per le ricerche sui transiti di esopianeti.

I dati del telescopio spaziale Kepler sono stati probabilmente analizzati in modo approfondito e conclusivo ormai. Ti aspetti comunque ulteriori scoperte di pianeti più piccoli, forse grande quanto la Terra?

Utilizzando metodi tradizionali, le possibilità di trovare esopianeti nei dati di Kepler sono state probabilmente esaurite, Sono d'accordo. Detto ciò, le nostre prime ricerche con il nostro nuovo algoritmo mostrano che con questo metodo ci sono ancora interessanti scoperte da fare nei dati. È come se tutti avessero spazzato via i dati con le loro scope e ora stiamo raccogliendo le briciole rimanenti con una meticolosa paletta e un set di spazzole. Ma diverso dai rifiuti che raccoglieresti dal pavimento, sono queste minuscole briciole, Pianeti delle dimensioni della Terra, che sono le scoperte più preziose nella scienza degli esopianeti.

Durante i nove anni di attività, Keplero registrò i dati di misurazione di circa 150, 000 stelle. Come decidi quali stelle valgono un secondo, sguardo più ravvicinato?

L'accurata selezione delle stelle da riesaminare è stata fondamentale per le nostre precedenti scoperte. Abbiamo usato un piccolo ma prezioso accorgimento:non abbiamo scelto a caso uno dei 150, 000 stelle dalla missione Kepler; Invece, ci siamo concentrati sulla seconda parte della missione, la cosiddetta missione K2, in cui erano già stati scoperti pianeti in transito intorno a un totale di 517 stelle. Per verificare se il nostro metodo è veramente migliore dei metodi precedenti, abbiamo semplicemente rivisitato tutte le misurazioni della luminosità di queste 517 stelle e cercato altri pianeti che potrebbero essere stati persi finora.

Di conseguenza, non solo abbiamo trovato tutti gli esopianeti precedentemente conosciuti, ma ne abbiamo anche scoperti 18 nuovi. Potrebbe non sembrare molto, 18 su 517. Non è solo il numero di pianeti che è importante però. Più importante è il fatto che tutti i nostri pianeti appena scoperti hanno all'incirca le stesse dimensioni della Terra e quindi molto più piccoli della maggior parte degli esopianeti conosciuti. Ovviamente è per questo che inizialmente erano stati persi.

Dopo aver setacciato i dati K2, ora abbiamo esteso la nostra ricerca alle oltre 4000 curve di luce della prima missione Kepler dal 2009 al 2013. E ancora una volta abbiamo avuto successo. Il candidato planetario di raggio terrestre 1,9 KOI-456.04 attorno alla stella simile al sole Kepler-160 è solo la nostra prima pubblicazione.

Perché parli di KOI-456.04 come candidato planetario?

Formalmente parlando, il segnale di questo presunto pianeta supera uno dei nostri test statistici con una probabilità dell'85 per cento. Ciò significa che le probabilità sono 85:15, o quasi sei contro uno, che questo segnale è realmente causato da un pianeta e non da una variazione statistica casuale dei dati o da un effetto strumentale. Sei contro uno, Direi che è una buona scommessa. Ma come astronomi vogliamo che il segnale abbia una probabilità del 99 percento, una possibilità di novantanove a uno, prima di concedere formalmente lo status planetario al candidato. Per adesso, KOI-456.04 rimane un buon candidato.

Perché è importante esaminare così da vicino un singolo sistema stellare? Cosa impariamo da un caso così individuale?

L'umanità investe notevoli fondi e lavoro, ma anche cuore e anima nelle osservazioni di follow-up degli esopianeti o dei candidati planetari più interessanti. Anche se gli investimenti finanziari nella ricerca spaziale sono solo circa un millesimo del budget militare, non vogliamo sprecare il prezioso tempo di osservazione. In un certo senso, il tempo di osservazione del telescopio terrestre e spaziale vale miliardi di euro o dollari e certamente vogliamo evitare di spendere quel tempo su un obiettivo osservativo interessante, solo per scoprire che l'obiettivo non esiste.

Ecco perché ci siamo impegnati molto nel nostro studio per determinare statisticamente lo stato planetario. In senso stretto, questa caratterizzazione del pianeta, o del candidato pianeta, è stata di gran lunga la parte che ha richiesto più tempo. Il mio collega Michael Hippke ed io eravamo già riusciti a scoprire KOI-456.04 a maggio 2019, dopo solo pochi giorni di ricerche computerizzate dei dati. Il prossimo passo, la caratterizzazione estremamente complessa del sistema planetario attorno alla stella Kepler-160, ci è voluto molto tempo, ma abbiamo imparato molto per quanto riguarda l'automazione dei nostri metodi. La prossima volta saremo più veloci e non ci vorrà un altro anno per fare il vaglio del candidato dopo il primo rilevamento. E la buona notizia è che abbiamo già trovato qualche dozzina di candidati più promettenti nei dati di Kepler.