Illustrazione di un pianeta in transito sulla sua stella ospite. Credito: Laboratorio di propulsione a getto della NASA
Il telescopio spaziale romano Nancy Grace della NASA creerà enormi panorami cosmici, aiutandoci a rispondere alle domande sull'evoluzione del nostro universo. Gli astronomi si aspettano anche che la missione trovi migliaia di pianeti usando due diverse tecniche mentre osserva un'ampia gamma di stelle nella Via Lattea.
Roman individuerà questi potenziali nuovi mondi, o pianeti extrasolari, tracciando la quantità di luce proveniente da stelle lontane nel tempo. In una tecnica chiamata microlenti gravitazionali, un picco di luce segnala che un pianeta potrebbe essere presente. D'altra parte, se la luce di una stella si attenua periodicamente, potrebbe essere perché c'è un pianeta che attraversa la faccia di una stella mentre completa un'orbita. Questa tecnica è chiamata metodo di transito. Utilizzando questi due metodi per trovare nuovi mondi, gli astronomi cattureranno una visione senza precedenti della composizione e della disposizione dei sistemi planetari nella nostra galassia.
Previsto per il lancio a metà degli anni 2020, Roman sarà uno dei cacciatori di pianeti più prolifici della NASA.
L'ampio campo visivo della missione, risoluzione squisita, e l'incredibile stabilità fornirà una piattaforma di osservazione unica per scoprire i piccoli cambiamenti nella luce necessari per trovare altri mondi tramite il microlensing. Questo metodo di rilevamento sfrutta gli effetti di flessione della luce gravitazionale di oggetti massicci previsti dalla teoria della relatività generale di Einstein.
Si verifica quando una stella in primo piano, la lente, si allinea casualmente con una lontana stella sullo sfondo, la fonte, come si vede dalla Terra. Mentre le stelle vagano nelle loro orbite intorno alla galassia, l'allineamento si sposta da giorni a settimane, cambiando la luminosità apparente della stella sorgente. Lo schema preciso di questi cambiamenti fornisce agli astronomi indizi sulla natura della stella in primo piano, compresa la presenza di pianeti intorno ad esso.
Molte delle stelle che Roman starà già osservando per l'indagine sul microlensing potrebbero ospitare pianeti in transito.
"Gli eventi di microlensing sono rari e si verificano rapidamente, quindi devi guardare molte stelle ripetutamente e misurare con precisione i cambiamenti di luminosità per rilevarli, " disse l'astrofisico Benjamin Montet, un docente di scientia presso l'Università del New South Wales a Sydney. "Sono esattamente le stesse cose che devi fare per trovare i pianeti in transito, quindi creando una solida indagine di microlensing, Roman produrrà anche una bella indagine sui transiti".
In un documento del 2017, Montet e i suoi colleghi hanno dimostrato che Roman, precedentemente noto come WFIRST, poteva catturarne più di 100, 000 pianeti che passano davanti, o di transito, le loro stelle ospiti. L'oscuramento periodico quando un pianeta attraversa ripetutamente di fronte alla sua stella fornisce una forte prova della sua presenza, qualcosa che gli astronomi in genere devono confermare attraverso osservazioni di follow-up.
L'approccio di transito alla ricerca di esopianeti ha avuto un enorme successo per le missioni Kepler e K2 della NASA, che hanno scoperto circa 2, 800 pianeti confermati fino ad oggi, ed è attualmente utilizzato dal Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA. Poiché Roman troverà pianeti orbitanti più distanti, stelle più deboli, gli scienziati dovranno spesso fare affidamento sull'ampio set di dati della missione per verificare i pianeti. Per esempio, Roman potrebbe vedere eclissi secondarie:piccoli cali di luminosità quando un candidato planetario passa dietro la sua stella ospite, che potrebbe confermare la sua presenza.
I due metodi di rilevamento del microlensing e dei transiti si completano a vicenda, permettendo a Roman di trovare una vasta gamma di pianeti. Il metodo di transito funziona meglio per i pianeti che orbitano molto vicino alla loro stella. Microlente, d'altra parte, possono rilevare pianeti in orbita lontano dalle stelle che li ospitano. Questa tecnica può anche trovare i cosiddetti pianeti canaglia, che non sono affatto legati gravitazionalmente a una stella. Questi mondi possono variare da pianeti rocciosi più piccoli di Marte a giganti gassosi.
Questo grafico evidenzia le aree di ricerca di tre missioni di caccia ai pianeti:l'imminente Nancy Grace Roman Space Telescope, il Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), e il telescopio spaziale Kepler in pensione. Gli astronomi si aspettano che Roman ne scopra circa 100, 000 pianeti in transito, mondi che periodicamente oscurano la luce delle loro stelle mentre si incrociano davanti a loro. Mentre altre missioni, compreso il sondaggio K2 esteso di Keplero (non illustrato in questo grafico), hanno svelato pianeti relativamente vicini, Roman rivelerà una ricchezza di mondi molto più lontani da casa. Credito:Goddard Space Flight Center della NASA
Si prevede che circa tre quarti dei pianeti in transito che Roman troverà saranno giganti gassosi come Giove e Saturno, o giganti di ghiaccio come Urano e Nettuno. La maggior parte del resto sarà probabilmente costituita da pianeti tra le quattro e le otto volte più massicci della Terra, noto come mini-Nettuno. Questi mondi sono particolarmente interessanti poiché non ci sono pianeti come loro nel nostro sistema solare.
Alcuni dei mondi in transito catturati dai romani dovrebbero trovarsi all'interno della zona abitabile della loro stella, o la gamma di distanze orbitali in cui un pianeta può ospitare acqua liquida sulla sua superficie. La posizione di questa regione varia a seconda di quanto è grande e calda la stella ospite:più piccola e fredda è la stella, più vicino sarà nella sua zona abitabile. La sensibilità di Roman alla luce infrarossa lo rende uno strumento potente per trovare pianeti intorno a queste stelle arancioni più deboli.
Roman guarderà anche più lontano dalla Terra rispetto alle precedenti missioni di caccia ai pianeti. L'indagine originale di Keplero monitorava le stelle a una distanza media di circa 2, 000 anni luce. Vide una modesta regione del cielo, per un totale di circa 115 gradi quadrati. TESS scansiona quasi tutto il cielo, tuttavia mira a trovare mondi più vicini alla Terra, con distanze tipiche di circa 150 anni luce. Roman utilizzerà sia il microlensing che i metodi di rilevamento del transito per trovare pianeti fino a 26, 000 anni luce di distanza.
La combinazione dei risultati delle ricerche di microlenti e pianeti in transito di Roman aiuterà a fornire un censimento dei pianeti più completo rivelando mondi con un'ampia gamma di dimensioni e orbite. La missione offrirà la prima opportunità di trovare un gran numero di pianeti in transito situati a migliaia di anni luce di distanza, aiutare gli astronomi a saperne di più sulla demografia dei pianeti in diverse regioni della galassia.
"Il fatto che saremo in grado di rilevare migliaia di pianeti in transito semplicemente guardando i dati di microlenti che sono già stati acquisiti è entusiasmante, ", ha affermato la coautrice dello studio Jennifer Yee, un astrofisico al Centro di Astrofisica | Harvard e Smithsonian a Cambridge, Massachusetts. "È scienza libera".
