Da più di un decennio, gli astronomi hanno cercato pianeti in orbita attorno ad AU Microscopii, una stella vicina ancora circondata da un disco di detriti rimasti dalla sua formazione. Ora gli scienziati che utilizzano i dati del Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA e del telescopio spaziale Spitzer in pensione riportano la scoperta di un pianeta grande quanto Nettuno che circonda la giovane stella in poco più di una settimana.

Il sistema, noto come AU Mic in breve, fornisce un laboratorio unico per studiare come si formano i pianeti e le loro atmosfere, evolversi e interagire con le loro stelle.

"AU Mic è un giovane, stella nana M vicina. È circondato da un vasto disco di detriti in cui sono stati tracciati mucchi di polvere in movimento, e adesso, grazie a TESS e Spitzer, ha un pianeta con una misura diretta delle dimensioni, " disse Bryson Cale, uno studente di dottorato alla George Mason University di Fairfax, Virginia. "Non esiste un altro sistema noto che controlli tutte queste importanti caselle".

Il nuovo pianeta, AU Mic b, è descritto in un articolo scritto da Cale e guidato dal suo consigliere Peter Plavchan, un assistente professore di fisica e astronomia alla George Mason. Il loro rapporto è stato pubblicato mercoledì, 24 giugno nel diario Natura .

AU Mic b è presente in un nuovo poster della NASA disponibile in inglese e spagnolo, parte di una serie di Galaxy of Horrors. La serie divertente ma informativa è il risultato di una collaborazione di scienziati e artisti ed è stata prodotta dall'ufficio del programma di esplorazione degli esopianeti della NASA.

AU Mic è una fredda nana rossa con un'età stimata tra i 20 e i 30 milioni di anni, rendendolo un bambino stellare rispetto al nostro Sole, che è almeno 150 volte più vecchio. La stella è così giovane che brilla principalmente per il calore generato mentre la sua stessa gravità la attira verso l'interno e la comprime. Meno del 10% dell'energia della stella deriva dalla fusione dell'idrogeno in elio nel suo nucleo, il processo che alimenta stelle come il nostro Sole.

Il sistema si trova a 31,9 anni luce di distanza nella costellazione meridionale del Microscopio. Fa parte di una vicina collezione di stelle chiamata Beta Pictoris Moving Group, che prende il nome da un più grande, stella di tipo A più calda che ospita due pianeti ed è anch'essa circondata da un disco di detriti.

Sebbene i sistemi abbiano la stessa età, i loro pianeti sono notevolmente diversi. Il pianeta AU Mic b quasi abbraccia la sua stella, completando un'orbita ogni 8,5 giorni. Pesa meno di 58 volte la massa della Terra, collocandolo nella categoria dei mondi simili a Nettuno. Beta Pictoris b e c, però, sono entrambi almeno 50 volte più massicci di AU Mic b e impiegano 21 e 3,3 anni, rispettivamente, per orbitare attorno alla loro stella.

"Pensiamo che AU Mic b si sia formato lontano dalla stella e sia migrato verso l'interno verso la sua orbita attuale, qualcosa che può accadere quando i pianeti interagiscono gravitazionalmente con un disco di gas o con altri pianeti, ", ha affermato il coautore Thomas Barclay, un ricercatore associato presso l'Università del Maryland, Baltimora County e uno scienziato di progetto associato per TESS presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. "Al contrario, L'orbita di Beta Pictoris b non sembra essere migrata molto. Le differenze tra questi sistemi di età simile possono dirci molto su come si formano e migrano i pianeti".

Rilevare pianeti attorno a stelle come AU Mic rappresenta una sfida particolare. Queste stelle tempestose possiedono forti campi magnetici e possono essere ricoperte da macchie stellari:più fredde, regioni più scure e altamente magnetiche simili alle macchie solari, che spesso eruttano potenti bagliori stellari. Sia le macchie che i loro bagliori contribuiscono ai cambiamenti di luminosità della stella.

A luglio e agosto 2018 quando TESS stava osservando AU Mic, la stella produsse numerosi bagliori, alcuni dei quali erano più potenti dei brillamenti più forti mai registrati sul Sole. Il team ha eseguito un'analisi dettagliata per rimuovere questi effetti dai dati TESS.

Quando un pianeta attraversa la sua stella dal nostro punto di vista, un evento chiamato transito, il suo passaggio provoca un netto calo della luminosità della stella. TESS monitora ampie aree del cielo, chiamati settori, per 27 giorni alla volta. Durante questo lungo sguardo, le telecamere della missione catturano regolarmente istantanee che consentono agli scienziati di monitorare i cambiamenti nella luminosità stellare.

Buchi regolari nella luminosità di una stella segnalano la possibilità di un pianeta in transito. Generalmente, occorrono almeno due transiti osservati per riconoscere la presenza di un pianeta.

"Per fortuna, il secondo dei tre transiti TESS si è verificato quando la navicella spaziale era vicina al punto più vicino alla Terra. In tali momenti, TESS non sta osservando perché è impegnato nel downlink di tutti i dati memorizzati, " ha detto la coautrice Diana Dragomir, un professore assistente di ricerca presso l'Università del New Mexico ad Albuquerque. "Per colmare il vuoto, alla nostra squadra è stato concesso il tempo di osservazione su Spitzer, che ha catturato altri due transiti nel 2019 e ci ha permesso di confermare il periodo orbitale di AU Mic b."

Spitzer era un osservatorio a infrarossi multiuso operativo dal 2003 fino alla sua disattivazione il 30 gennaio, 2020. La missione si è dimostrata particolarmente abile nel rilevare e studiare gli esopianeti attorno a stelle fredde. Spitzer ha restituito le osservazioni AU Mic durante il suo ultimo anno.

Poiché la quantità di luce bloccata da un transito dipende dalle dimensioni del pianeta e dalla distanza orbitale, i transiti TESS e Spitzer forniscono una misura diretta delle dimensioni di AU Mic b. L'analisi di queste misurazioni mostra che il pianeta è circa l'8% più grande di Nettuno.

Le osservazioni da strumenti su telescopi terrestri forniscono limiti superiori per la massa del pianeta. Mentre un pianeta orbita, la sua gravità attrae la sua stella ospite, che si muove leggermente in risposta. Strumenti sensibili su grandi telescopi possono rilevare la velocità radiale della stella, il suo movimento avanti e indietro lungo la nostra linea di vista. Combinando le osservazioni del W. M. Keck Observatory e dell'InfraRed Telescope Facility della NASA alle Hawaii e dell'European Southern Observatory in Cile, il team ha concluso che AU Mic b ha una massa inferiore a 58 Terre.

Questa scoperta mostra il potere di TESS di fornire nuove informazioni su stelle ben studiate come AU Mic, dove più pianeti potrebbero essere in attesa di essere trovati.

"C'è un ulteriore evento di transito candidato visto nei dati TESS, e si spera che TESS rivisiterà AU Mic entro la fine dell'anno nella sua missione estesa, " ha detto Plavchan. "Stiamo continuando a monitorare la stella con misurazioni precise della velocità radiale, quindi restate sintonizzati."

Per decenni, AU Mic ha incuriosito gli astronomi come possibile dimora per i pianeti grazie alla sua vicinanza, disco di detriti giovanile e luminoso. Ora che TESS e Spitzer ne hanno trovato uno lì, la storia chiude il cerchio. AU Mic è un sistema di riferimento, un vicino laboratorio per comprendere la formazione e l'evoluzione di stelle e pianeti che verranno studiati nei decenni a venire.