Figura 1:diagramma schematico del sistema planetario appena scoperto intorno a Ross 508. La regione verde rappresenta la zona abitabile (HZ) dove può esistere acqua liquida sulla superficie del pianeta. L'orbita planetaria è indicata da una linea blu. Per più della metà della sua orbita, si stima che il pianeta si trovi più vicino dell'HZ (linea continua) e all'interno dell'HZ (linea tratteggiata) per il resto dell'orbita. Credito:Centro di astrobiologia
Il primo esopianeta è stato scoperto dal programma strategico Subaru utilizzando lo spettrografo a infrarossi IRD sul telescopio Subaru (IRD-SSP). Questo pianeta, Ross 508b, è una super-Terra con circa quattro volte la massa della Terra e si trova vicino alla zona abitabile. Un tale pianeta potrebbe essere in grado di trattenere l'acqua sulla sua superficie e sarà un obiettivo importante per future osservazioni per verificare la possibilità di vita attorno a stelle di piccola massa.
La ricerca sugli esopianeti, che ha compiuto grandi progressi negli ultimi anni dalla scoperta di un pianeta gigante attorno a una stella simile al nostro sole, si sta ora concentrando sulle nane rosse, che hanno una massa inferiore al nostro sole. Le nane rosse, che costituiscono tre quarti delle stelle della nostra galassia ed esistono in gran numero nelle vicinanze del nostro sistema solare, sono ottimi bersagli per trovare esopianeti nelle nostre vicinanze. La scoperta di tali esopianeti vicini, con osservazioni dettagliate delle loro atmosfere e strati superficiali, ci consentirà di discutere la presenza o l'assenza di vita in ambienti molto diversi da quelli del nostro sistema solare.
Tuttavia, le nane rosse sono molto deboli alla luce visibile a causa della loro bassa temperatura superficiale inferiore a 4.000 gradi. Precedenti ricerche di pianeti utilizzando spettrometri di luce visibile hanno scoperto solo pochi pianeti attorno a nane rosse molto vicine, come Proxima Centauri b. In particolare, le nane rosse con temperature superficiali inferiori a 3.000 gradi (nane rosse di tipo tardo) non sono state sistematicamente ricercate per i pianeti. Il metodo del transito, che rileva i cambiamenti nella luminosità stellare quando un pianeta attraversa davanti a una stella, non richiede tanti fotoni quanto il metodo spettroscopico Doppler, quindi la ricerca di pianeti attorno alle nane rosse utilizzando il metodo del transito è andata avanti negli ultimi anni . Le ricerche sui pianeti in transito con TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) possono rilevare pianeti terrestri attorno a nane rosse relativamente pesanti (nane rosse di tipo precoce).
Sebbene le nane rosse siano obiettivi importanti per lo studio della vita nell'Universo, sono difficili da osservare perché sono troppo deboli nella luce visibile. Per risolvere le difficoltà legate alle osservazioni spettroscopiche delle nane rosse, è stata molto attesa una ricerca planetaria utilizzando uno spettrografo ad alta precisione nell'infrarosso, dove le nane rosse sono relativamente luminose. Ad esempio, la luminosità del Sole vista a 30 anni luce di distanza è di cinque magnitudini nella luce visibile e di tre magnitudini nella luce infrarossa. D'altra parte, le nane rosse di tipo tardivo più leggere sono molto deboli nella luce visibile a 19 magnitudine, ma relativamente luminose nell'infrarosso a 11 magnitudine.
Il Centro di astrobiologia in Giappone ha sviluppato con successo l'IRD (InfraRed Doppler instrument), il primo spettrografo a infrarossi ad alta precisione al mondo per telescopi di classe 8 metri. L'IRD montato sul telescopio Subaru può rilevare minuscole oscillazioni nella velocità di una stella, circa la velocità di una persona che cammina.
Il metodo di transito può rilevare solo pianeti le cui orbite sono lungo la linea di vista, mentre il metodo Doppler può rilevare pianeti indipendentemente dal loro orientamento rispetto al piano celeste. È anche un metodo importante in quanto può determinare la "massa" di un pianeta.
Il programma strategico IRD Subaru (IRD-SSP) per la ricerca di pianeti attorno a nane rosse di tipo tardivo è iniziato nel 2019. Questa è la prima ricerca sistematica di pianeti attorno a nane rosse di tipo tardivo ed è un progetto internazionale che coinvolge circa 100 ricercatori nazionali e internazionali. Durante i primi due anni, sono state condotte osservazioni di screening per trovare nane rosse "stabili" a basso rumore, dove è possibile rilevare anche piccoli pianeti. Le nane rosse hanno un'elevata attività superficiale, come i bagliori, e questa attività superficiale può causare cambiamenti nella velocità della linea di vista della stella anche se non esistono pianeti. Pertanto, solo le nane rosse stabili con una bassa attività superficiale sono bersagli nella ricerca di piccoli pianeti simili alla Terra.
Attualmente, il progetto è nella fase di osservazione intensiva di circa 50 promettenti nane rosse di tipo tardivo che sono state accuratamente selezionate attraverso lo screening.
Figura 2:variazione periodica della velocità in linea di vista della stella Ross 508 osservata da IRD. È avvolto attorno al periodo orbitale del pianeta Ross 508b (10,77 giorni). Il cambiamento nella velocità della linea di vista di Ross 508 è inferiore a 4 metri al secondo, indicando che l'IRD ha catturato un'oscillazione molto piccola che è più lenta di una persona che corre. La curva rossa si adatta meglio alle osservazioni e la sua deviazione da una curva sinusoidale indica che l'orbita del pianeta è molto probabilmente ellittica. Credito:Harakawa et al. 2022
Il primo esopianeta scoperto dall'IRD-SSP si trova a circa 37 anni luce dalla Terra, attorno a una stella nana rossa chiamata Ross 508, che è un quinto della massa del Sole. Questo è il primo esopianeta scoperto da una ricerca sistematica utilizzando uno spettrometro a infrarossi.
Per confermare che l'oscillazione periodica di Ross 508 è effettivamente dovuta a un pianeta, il team IRD-SSP ha identificato diversi indicatori di attività stellare che potrebbero produrre un falso positivo di un pianeta (ad esempio, cambiamenti nella luminosità stellare e nella forma di alcune emissioni linee) e ha mostrato che il periodo di questi indicatori è nettamente diverso dal periodo planetario osservato. Questo è un compito più difficile rispetto all'utilizzo del metodo Doppler per confermare i candidati planetari riportati in precedenza dal metodo di transito, ma è un metodo essenziale per rilevare i pianeti non in transito.
Questo pianeta, Ross 508b, ha una massa minima di appena quattro volte quella della Terra. La sua distanza media dalla sua stella centrale è 0,05 volte la distanza Terra-Sole e si trova al limite interno della zona abitabile. È interessante notare che è probabile che il pianeta abbia un'orbita ellittica, nel qual caso attraverserebbe la zona abitabile con un periodo orbitale di circa 11 giorni (Figure 1 e 2).
I pianeti nella zona abitabile potrebbero trattenere l'acqua sulla loro superficie e potrebbero ospitare la vita. Ross 508b sarà un obiettivo importante per future osservazioni per verificare la possibilità di abitabilità sui pianeti attorno alle nane rosse. Anche le osservazioni spettroscopiche di molecole e atomi nell'atmosfera planetaria sono importanti, mentre gli attuali telescopi non possono visualizzare direttamente il pianeta a causa della sua vicinanza alla stella centrale. In futuro sarà uno degli obiettivi delle ricerche sulla vita da parte di telescopi di classe 30 metri.
Finora, solo tre pianeti sono stati conosciuti in orbita attorno a stelle di massa così piccola, tra cui Proxima Centauri b. L'IRD-SSP dovrebbe continuare a scoprire nuovi pianeti.
"Ross 508b è il primo rilevamento riuscito di una super-Terra utilizzando solo la spettroscopia nel vicino infrarosso. Prima di questo, nel rilevamento di pianeti di piccola massa come le super-Terre, le sole osservazioni nel vicino infrarosso non erano sufficientemente accurate e la verifica mediante misurazioni della velocità in linea di vista ad alta precisione nella luce visibile.Questo studio mostra che l'IRD-SSP da solo è in grado di rilevare i pianeti e dimostra chiaramente il vantaggio dell'IRD-SSP nella sua capacità di cercare con un'elevata precisione anche per le nane rosse di tipo tardivo che sono troppo deboli per essere osservate con la luce visibile", afferma il dottor Hiroki Harakawa (NAOJ Subaru Telescope), l'autore principale del documento di scoperta.
"Sono passati 14 anni dall'inizio dello sviluppo dell'IRD. Abbiamo continuato il nostro sviluppo e la nostra ricerca con la speranza di trovare un pianeta esattamente come Ross 508b. Questa scoperta è stata resa possibile dalle elevate prestazioni strumentali dell'IRD, dalla grande apertura del Subaru Telescope e il quadro strategico di osservazioni che ha consentito un'acquisizione dati intensiva e frequente. Ci impegniamo a fare nuove scoperte". afferma il professor Bun'ei Sato (Tokyo Institute of Technology), il principale ricercatore di IRD-SSP.
Questi risultati sono apparsi come Harakawa et al. "Una Super-Terra in orbita vicino al bordo interno della zona abitabile intorno al M4.5-dwarf Ross 508" in Pubblicazioni della Società Astronomica del Giappone il 30 giugno 2022. + Esplora ulteriormente
