Quando verrà lanciato a metà degli anni '20, Il telescopio spaziale romano Nancy Grace della NASA esplorerà una vasta gamma di argomenti di astrofisica a infrarossi. Un sondaggio tanto atteso utilizzerà un effetto gravitazionale chiamato microlensing per rivelare migliaia di mondi simili ai pianeti del nostro sistema solare. Ora, un nuovo studio mostra che lo stesso sondaggio svelerà anche pianeti più estremi e corpi simili a pianeti nel cuore della galassia della Via Lattea, grazie alla loro attrazione gravitazionale sulle stelle orbitano.

"Siamo stati entusiasti di scoprire che Roman sarà in grado di offrire ancora più informazioni sui pianeti della nostra galassia rispetto a quanto originariamente previsto, " ha detto Shota Miyazaki, uno studente laureato presso l'Università di Osaka in Giappone che ha guidato lo studio. "Sarà molto eccitante saperne di più su un nuovo, lotto non studiato di mondi."

Roman utilizzerà principalmente il metodo di rilevamento della microlente gravitazionale per scoprire esopianeti, pianeti oltre il nostro sistema solare. Quando un oggetto enorme, come una stella, incrocia davanti a una stella più lontana dal nostro punto di osservazione, la luce della stella più lontana si piegherà mentre viaggia attraverso lo spazio-tempo curvo intorno a quella più vicina.

Il risultato è che la stella più vicina agisce come una lente naturale, luce d'ingrandimento dalla stella di sfondo. I pianeti in orbita attorno alla stella dell'obiettivo possono produrre un effetto simile su scala più piccola, quindi gli astronomi mirano a rilevarli analizzando la luce della stella più lontana.

Poiché questo metodo è sensibile ai pianeti piccoli come Marte con un'ampia gamma di orbite, gli scienziati si aspettano che l'indagine di microlenti di Roman sveli analoghi di quasi tutti i pianeti del nostro sistema solare. Miyazaki e i suoi colleghi hanno dimostrato che il sondaggio ha anche il potere di rivelare mondi più esotici:pianeti giganti in orbite minuscole, noto come Giove caldo, e le cosiddette "stelle fallite, "conosciute come nane brune, che non sono abbastanza massicci da alimentarsi per fusione come fanno le stelle.

Questo nuovo studio mostra che Roman sarà in grado di rilevare questi oggetti in orbita attorno alle stelle più distanti in eventi di microlente, oltre a trovare pianeti in orbita attorno alle stelle (lenti) più vicine.

I risultati del team sono pubblicati in Il Giornale Astronomico .

Gli astronomi vedono un evento di microlente come un temporaneo schiarimento della stella lontana, che raggiunge il picco quando le stelle sono quasi perfettamente allineate. Miyazaki e il suo team hanno scoperto che in alcuni casi, gli scienziati saranno anche in grado di rilevare un periodico, leggera variazione nella luce delle stelle causata dal movimento dei pianeti in orbita attorno alla stella più lontana durante un evento di microlente.

Come un pianeta si muove intorno alla sua stella ospite, esercita un piccolo strattone gravitazionale che sposta un po' la posizione della stella. Questo può avvicinare e allontanare la stella lontana da un perfetto allineamento. Poiché la stella più vicina funge da lente naturale, è come se la luce della stella lontana fosse attirata leggermente dentro e fuori fuoco dal pianeta in orbita. Cogliendo piccoli brividi alla luce delle stelle, gli astronomi potranno dedurre la presenza dei pianeti.

"Si chiama effetto xallarap, che è parallasse scritto al contrario. La parallasse si basa sul movimento dell'osservatore - la Terra che si muove intorno al Sole - per produrre un cambiamento nell'allineamento tra la stella sorgente lontana, la stella lente più vicina e l'osservatore. Xallarap funziona in modo opposto, modificando l'allineamento dovuto al moto della sorgente, "ha detto David Bennett, che guida il gruppo di microlenti gravitazionali presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland.

Mentre il microlensing è generalmente più adatto a trovare mondi più lontani dalla loro stella di quanto Venere lo sia dal Sole, l'effetto xallarap funziona meglio con pianeti molto massicci in piccole orbite, dal momento che fanno muovere di più la loro stella ospite. Rivelare pianeti più distanti ci permetterà anche di sondare una diversa popolazione di mondi.

Estrazione del nucleo della galassia

La maggior parte delle prime centinaia di esopianeti scoperti nella nostra galassia aveva masse centinaia di volte superiori a quelle della Terra. A differenza dei pianeti giganti del nostro sistema solare, che impiegano dai 12 ai 165 anni per orbitare attorno al Sole, questi nuovi mondi girano intorno alle stelle che li ospitano in pochi giorni.

Questi pianeti, ora conosciuti come Giove caldi a causa delle loro dimensioni giganti e dell'intenso calore delle stelle che li ospitano, non erano attesi dai modelli di formazione planetaria esistenti e hanno costretto gli astronomi a ripensarli. Ora ci sono diverse teorie che tentano di spiegare perché esistono i Giove caldi, ma non siamo ancora sicuri di quale, se presente, sia corretto. Le osservazioni di Roman dovrebbero rivelare nuovi indizi.

Ancora più massiccio dei caldi Giove, le nane brune vanno da circa 4, 000 a 25, 000 volte la massa della Terra. Sono troppo pesanti per essere caratterizzati come pianeti, ma non abbastanza massicci da subire la fusione nucleare nei loro nuclei come le stelle.

Altre missioni di caccia ai pianeti hanno principalmente cercato nuovi mondi relativamente vicini, fino a poche migliaia di anni luce di distanza. La vicinanza rende possibili studi più dettagliati. Però, gli astronomi pensano che lo studio di corpi vicini al nucleo della nostra galassia possa fornire nuove informazioni su come si evolvono i sistemi planetari. Miyazaki e il suo team stimano che Roman troverà circa 10 Giove caldi e 30 nane brune più vicine al centro della galassia usando l'effetto xallarap.

Il centro della galassia è popolato principalmente da stelle che si sono formate circa 10 miliardi di anni fa. Studiare i pianeti attorno a stelle così vecchie potrebbe aiutarci a capire se i Giove caldi si formano così vicino alle loro stelle, o sono nati più lontano e migrano verso l'interno nel tempo. Gli astronomi saranno in grado di vedere se i Giove caldi possono mantenere orbite così piccole per lunghi periodi di tempo osservando la frequenza con cui si trovano intorno a stelle antiche.

A differenza delle stelle nel disco della galassia, che tipicamente vagano per la Via Lattea a comode distanze l'uno dall'altro, le stelle vicino al nucleo sono ammassate molto più vicine tra loro. Roman potrebbe rivelare se avere così tante stelle così vicine l'una all'altra influisca sui pianeti orbitanti. Se una stella passa vicino a un sistema planetario, la sua gravità potrebbe trascinare i pianeti fuori dalle loro orbite abituali.

Le supernovae sono anche più comuni vicino al centro della galassia. Questi eventi catastrofici sono così intensi che possono forgiare nuovi elementi, che vengono vomitati nell'area circostante mentre le stelle che esplodono muoiono. Gli astronomi pensano che questo potrebbe influenzare la formazione dei pianeti. Trovare mondi in questa regione potrebbe aiutarci a capire di più sui fattori che influenzano il processo di costruzione del pianeta.

Roman aprirà una finestra sul lontano passato guardando le stelle e i pianeti più vecchi. La missione ci aiuterà anche a scoprire se le nane brune si formano tanto facilmente vicino al centro della galassia quanto più vicine alla Terra, confrontando la frequenza con cui si trovano in ciascuna regione.

Contando Giove molto vecchi e nane brune usando l'effetto xallarap e trovando mondi più familiari usando il microlensing, Roman ci avvicinerà di un altro passo alla comprensione del nostro posto nel cosmo.

"Abbiamo trovato molti sistemi planetari che sembrano strani rispetto al nostro, ma non è ancora chiaro se loro sono gli stravaganti o lo siamo noi, " ha detto Sansone Johnson, uno studente laureato presso l'Ohio State University di Columbus e coautore dell'articolo. "Roman ci aiuterà a capirlo, aiutando a rispondere ad altre grandi domande in astrofisica."