Negli ultimi decenni, lo studio dei pianeti extrasolari è cresciuto a passi da gigante, con la conferma di oltre 4000 esopianeti. Con così tanti pianeti disponibili per lo studio, l'attenzione dei ricercatori sugli esopianeti si sta spostando dalla scoperta alla caratterizzazione. Negli anni a venire, nuove tecnologie e telescopi di nuova generazione consentiranno anche studi di imaging diretto, che migliorerà notevolmente la nostra comprensione delle atmosfere degli esopianeti.

Per facilitare questo processo, gli astronomi faranno affidamento su tecnologie costose come coronografi e ombre stellari, che bloccano la luce di una stella in modo che tutti i pianeti in orbita diventino più visibili. Però, secondo un nuovo studio di un team internazionale di astronomi e cosmologi, le stelle binarie ad eclisse potrebbero fornire tutta l'ombreggiatura necessaria per visualizzare direttamente i pianeti che le orbitano.

Lo studio, apparso di recente in rete, è stato condotto da Stefano Bellotti, un dottorato di ricerca studente presso L'Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP) dell'Università di Tolosa. È stato raggiunto da ricercatori del Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), l'Osservatorio Steward, l'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ), e l'Ames Research Center della NASA.

Come suggerisce il nome, il metodo dell'imaging diretto consiste nello studio diretto dei pianeti analizzando la luce riflessa dalle loro superfici e/o atmosfere. Questo metodo è redditizio quando si tratta di studi sugli esopianeti poiché consente agli astronomi di ottenere spettri direttamente dall'atmosfera di un pianeta, rivelando così la sua composizione chimica e se potesse essere abitabile o meno.

Questi e altri vantaggi sono stati esplicitati da Bellotti che ha parlato con Universe Today via e-mail:"Prima di tutto, questo metodo ti dà una risposta affidabile "sì" o "no":il pianeta (oi pianeti) c'è o non c'è. Per di più, perché questo metodo ci permette di raccogliere direttamente la luce proveniente da un pianeta, possiamo esaminare direttamente la composizione chimica della sua atmosfera e avere un'idea delle sue caratteristiche (nuvole). In definitiva, queste informazioni ci permettono di valutare l'abitabilità del pianeta, che è l'attuale obiettivo principale delle scienze esoplanetarie."

Però, questo metodo presenta una serie di sfide poiché è probabile che la luce delle stelle sia 1 miliardo di volte più luminosa di qualsiasi luce riflessa dai suoi pianeti. Gli scienziati sono in grado di ridurre questa discrepanza di un ordine di grandezza (dove le stelle appaiono 1 milione di volte più luminose) esaminando la luce riflessa nello spettro infrarosso.

A causa di queste limitazioni, fino ad oggi sono stati scoperti solo 50 pianeti utilizzando il metodo di imaging diretto. Per la maggior parte, questi pianeti sono stati giganti gassosi che hanno ampie orbite attorno alle loro stelle. Gli astronomi prevedono che i telescopi di prossima generazione che si basano sull'ottica adattiva, coronografi, o addirittura un veicolo spaziale orbitante (come il proposto Starshade della NASA), sarà in grado di immagine più piccola, pianeti rocciosi che orbitano più vicini ai loro pianeti.

Per il loro studio, però, Bellotti e i suoi colleghi hanno esaminato il potenziale dei binari a eclisse per fare lo stesso lavoro, ma senza nessuno dei costosi strumenti coinvolti. Come suggerisce il nome, i sistemi binari ad eclisse sono costituiti da due stelle che periodicamente passano l'una di fronte all'altra rispetto all'osservatore. Quando questo accade, la luminosità di una stella nel sistema è temporaneamente bloccata, portando a una riduzione della luminosità.

Usando binari ad eclisse, ha spiegato Bellotti, gli astronomi possono trarre vantaggio dal fatto che il sistema stellare subisce già un oscuramento periodico, che è prevedibile e può essere cronometrato con precisione.

"In questo senso, l'evento dell'eclissi sopprime la luce stellare proveniente dal binario in modo naturale, e quindi si traduce in un maggiore contrasto tra il binario e un potenziale pianeta. Però, l'evento di eclissi non è considerato un sostituto di coronografi o ombre artificiali, ma può essere pensato [a] come uno strumento aggiuntivo da utilizzare insieme a loro per ottenere livelli di contrasto migliorati. Infatti, perché durante [un] eclissi il sistema binario diventa puntiforme come una singola stella, tecniche come la coronagrafia possono essere applicate per bloccare la luce dell'intero binario in un colpo solo."

Per testare questo, il team ha selezionato binari a eclisse da diversi cataloghi di stelle la cui luminosità diminuisce di un fattore 10 durante un'eclissi. Hanno anche differenziato tra i tipi di esopianeti in base al fatto che emettano la propria luce, ovvero. auto-luminoso (SL) – o riflette la luce (RL). Hanno quindi simulato come apparirebbero i pianeti orbitanti luminosi in base alla loro massa, e se sarebbero o meno visibili utilizzando i telescopi attuali o futuri.

"Intorno a due obiettivi, [U Cephei] e [AC Scuti] rispettivamente, siamo [sensibili] a pianeti di circa 4,5 masse di Giove e nove masse di Giove con gli attuali strumenti spaziali terrestri o del prossimo futuro, e circa 1,5 masse di Giove e sei masse di Giove con futuri osservatori a terra (come [l'Extremely Large Telescope (ELT)], " disse Bellotti.

Per i pianeti a luce riflessa, hanno selezionato tre binarie ad eclisse più vicine alla Terra:V1412 Aquilae, RR Caeli, e RT Pictoris. Per questi sistemi, hanno usato Giove, Venere e la Terra come modelli per eventuali esopianeti. Anche qui, hanno ottenuto alcuni risultati positivi.

"Abbiamo concluso che un pianeta simile a Giove con una separazione pianeta-stella di 20 [milli secondi d'arco] potrebbe essere ripreso con future tecnologie terrestri e spaziali attorno a tutti e tre gli obiettivi, " ha aggiunto Bellotti. "Un pianeta simile a Venere alla stessa separazione potrebbe essere rilevabile intorno a RR Cae e RT Pic, ma un pianeta abitabile simile alla Terra è impegnativo, poiché la separazione pianeta-stella è troppo piccola rispetto al limite di separazione angolare della moderna coronagrafia".

Negli anni a venire, osservatori terrestri come l'Extremely Large Telescope (ELT), il telescopio dei trenta metri (TMT), e il Giant Magellan Telescope (GMT) dovrebbero consentire studi di imaging diretto di esopianeti simili alla Terra. Allo stesso modo, il James Webb Space Telescope (JWST) e il Nancy Grace Roman Space Telescope (RST) disporranno di strumenti infrarossi all'avanguardia che saranno anche in grado di studiare direttamente le atmosfere degli esopianeti.

Mentre questi telescopi di prossima generazione avranno una possibilità migliore nell'osservare direttamente gli esopianeti, è incoraggiante sapere che osservatori meno avanzati potrebbero ancora condurre studi di imaging diretto per quanto riguarda le binarie ad eclisse. Cosa c'è di più, questi sistemi stellari potrebbero fornire opportunità anche per telescopi avanzati poiché saranno in grado di osservare meglio gli esopianeti quando le loro stelle saranno eclissate.