Il censimento degli esopianeti ammonta ora a 5.599 scoperte confermate in 4.163 sistemi stellari, con altri 10.157 candidati in attesa di conferma. Finora, la stragrande maggioranza di questi è stata rilevata utilizzando metodi indiretti, tra cui la fotometria di transito (74,4%) e le misurazioni della velocità radiale (19,4%).
Solo 19 (o l'1,2%) sono stati rilevati tramite Direct Imaging, un metodo in cui la luce riflessa dall'atmosfera o dalla superficie di un esopianeta viene utilizzata per rilevarlo e caratterizzarlo. Grazie all'ultima generazione di strumenti ad alto contrasto e ad alta risoluzione angolare, questo sta iniziando a cambiare.
Ciò include il telescopio spaziale James Webb, i suoi specchi sofisticati e la suite avanzata di imaging a infrarossi. Utilizzando i dati ottenuti dalla Near-Infrared Camera (NIRCam) di Webb, gli astronomi con l'indagine MIRI mid-INfrared Disk Survey (MINDS) hanno recentemente studiato una stella variabile molto giovane (PDS 70) a circa 370 anni luce di distanza con due protopianeti confermati.
Dopo aver esaminato il sistema e il suo esteso disco di detriti, hanno trovato prove di un terzo possibile protopianeta in orbita attorno alla stella. Queste osservazioni potrebbero aiutare a migliorare la nostra comprensione dei sistemi planetari che sono ancora in fase di formazione.
L'indagine MINDS è una collaborazione internazionale composta da astronomi e fisici del Max-Planck-Institute for Astronomy (MPIA), del Kapteyn Astronomical Institute, dell'Istituto di ricerca spaziale dell'Accademia austriaca delle scienze (OAW-IFW), del Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE), il Centro de Astrobiología (CAB), l'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), il Dublin Institute for Advanced Studies (DIAS), lo SRON Netherlands Institute for Space Research e numerose università.
L'articolo che descrive le loro scoperte apparirà sulla rivista Astronomy &Astrophysics ed è attualmente disponibile su arXiv server di prestampa.
PDS 70 è stato oggetto di interesse negli ultimi anni a causa della sua giovane età (da 5,3 a 5,5 milioni di anni) e del disco protoplanetario che la circonda. Tra il 2018 e il 2021, due pianeti protopianeti sono stati confermati all’interno degli spazi di questo disco sulla base di dati di imaging diretto acquisiti da sofisticati telescopi terrestri. Ciò includeva gli strumenti Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) e GRAVITY sul Very Large Telescope (VLT) dell'ESO e l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).
Negli ultimi anni, il team di MINDS ha utilizzato i dati spettrali di Webb per eseguire inventari chimici sui dischi protoplanetari in sistemi stellari multipli. In uno studio precedente basato sui dati del Mid-Infrared Instrument (MIRI) di Webb, il team MINDS ha rilevato acqua nel disco interno di PDS 70, situato a circa 160 milioni di km (100 milioni di mi) o 1.069 UA dalla stella, una scoperta che potrebbe avere implicazioni per l’astrobiologia e l’origine dell’acqua sui pianeti rocciosi (come la Terra). Questi risultati hanno messo in mostra le straordinarie capacità di Webb e il modo in cui può osservare il cosmo nelle lunghezze d'onda dell'infrarosso (IR) inaccessibili agli osservatori a terra.
Valentin Christiaens, ricercatore post-dottorato F.R.S-FNRS presso l'Università di Liegi e KU Leuven, è stato l'autore principale di questo ultimo articolo. "Il vantaggio degli strumenti di Webb è che osservano a lunghezze d'onda dell'infrarosso che non possono essere osservate da terra a causa della nostra atmosfera, che assorbe la maggior parte dello spettro infrarosso", ha detto a Universe Today via e-mail. "Grazie a Webb possiamo ottenere misurazioni dei pianeti in formazione (chiamati protopianeti) nell'infrarosso, che ci permettono di vincolare meglio i nostri modelli di formazione dei pianeti."
Per il loro ultimo studio, il team MINDS ha esaminato PDS 70 utilizzando i dati della NIRCam di Webb come parte del programma MIRI Guaranteed Time Observations sulla formazione dei pianeti. Christiaens e il suo team sono stati motivati a studiare ulteriormente PDS 70 perché ricerche precedenti avevano indicato la possibile rilevazione di un terzo protopianeta. Ciò rende il sistema un laboratorio ideale per studiare le interazioni pianeta-disco e cercare tracce di accrescimento. La presenza di un possibile terzo segnale è stata rilevata nel 2019 da un team che utilizzava lo strumento VLT/SPHERE ma da allora non è stata confermata.
Una possibile interpretazione di questo segnale era che tracciasse un terzo pianeta. Utilizzando i dati NIRCam, Christiaens e i suoi colleghi hanno cercato di rilevare nuovamente questo segnale e confermare che si trattava di un terzo pianeta nel sistema. Il JWST è particolarmente adatto a questo compito, grazie alla sua ottica avanzata e al coronografo, che rimuove le interferenze dalle immagini di Webb bloccando la luce della stella. Lui e i suoi colleghi sono stati aiutati anche da algoritmi avanzati che aiutano a separare la luce stellare da altre fonti puntiformi in orbita (come gli esopianeti) e dai dischi di detriti. Come ha spiegato Christiaens:
"L'osservazione di un'altra stella, chiamata stella di riferimento, può essere utilizzata per sottrarre la luce dalla stella di interesse e cercare lì gli esopianeti. Nel nostro studio, abbiamo invece optato per una tecnica chiamata 'sottrazione roll', dove due sequenze di vengono scattate immagini della stella di interesse rispettivamente prima e dopo che lo strumento è stato ruotato, in modo che la posizione di un esopianeta sia ruotata nelle due sequenze di immagini. Da lì, sottraendo le immagini di una sequenza da quelle dell'altra, e viceversa, possiamo effettivamente eliminare la luce della stella e creare immagini del suo ambiente:pianeti e disco."
Il team ha poi combinato le misurazioni con le osservazioni precedenti effettuate con strumenti di terra e le ha confrontate con i modelli di formazione planetaria. Da ciò hanno potuto dedurre la quantità di gas e polvere accumulata attorno al protopianeta durante il periodo di osservazione. La qualità delle immagini ha permesso anche di evidenziare un braccio a spirale di gas e polveri che alimenta il secondo candidato confermato (PDS 70 c), come previsto dai modelli. Infine, hanno rilevato un segnale luminoso coerente con un candidato protopianeta avvolto nella polvere.
"Ciò che rende questo candidato così interessante è che potrebbe essere in risonanza 1:2:4 con i pianeti b e c, già confermati nel sistema (cioè, il suo periodo orbitale sarà quasi esattamente due volte e quattro volte più breve di quello di b). e c, rispettivamente)", ha detto Christiaens. Questo è esattamente ciò che accade con tre delle lune galileiane di Giove (Ganimede, Europa e Io), anch'esse in risonanza 1:2:4. La possibilità di un sistema stellare con tre pianeti in questa relazione orbitale sarebbe una miniera d'oro per gli astronomi. "Tuttavia, sono necessarie ulteriori osservazioni prima che questa risonanza possa essere confermata", ha aggiunto Christiaens.
Oltre a dimostrare le capacità di Webb, questi risultati potrebbero aiutare a migliorare la nostra attuale comprensione di come si formano ed evolvono i sistemi planetari. Questo è uno degli obiettivi principali del JWST:utilizzare la sua avanzata ottica a infrarossi per sondare i sistemi stellari giovani dove i pianeti sono ancora in fase di formazione. Questa è stata una priorità assoluta per gli astronomi sin da quando Keplero ha iniziato a rilevare esopianeti che sfidavano le teorie ampiamente accettate su come si formano ed evolvono i sistemi planetari. In particolare, il rilevamento di molti giganti gassosi in orbita vicino ai loro soli ("Giovi caldi") contraddiceva le teorie secondo cui i giganti gassosi si formano nelle zone esterne dei sistemi stellari.
Osservando i giovani sistemi stellari in diversi stadi di formazione, gli astronomi sperano di testare varie teorie su come si è formato il sistema solare.
Come ha riassunto Christiaens, "Si ritiene che la migrazione dei pianeti svolga un ruolo cruciale nell'evoluzione dei sistemi planetari e aiuti a spiegare la diversità dei sistemi trovati fino ad oggi tramite metodi indiretti. In molti sistemi maturi, è stato scoperto che i pianeti risuonano tra loro". , suggerendo che questa migrazione sia effettivamente avvenuta nel passato. Nel nostro caso osserviamo un sistema molto giovane, ancora in formazione, dove i due pianeti giganti conosciuti sembrano essere in risonanza e dove il terzo pianeta potenziale, se confermato, sarebbe. essere anche con gli altri due. Nel caso del sistema solare, sospettiamo che la migrazione e la cattura per risonanza dei pianeti giganti probabilmente siano avvenute anche molto tempo fa, [il che potrebbe] spiegare la loro attuale configurazione (ipotesi Great Tack). . Qui lo stiamo potenzialmente osservando dal vivo in un altro sistema!"
Ulteriori informazioni: V. Christiaens et al, MINDS:imaging JWST/NIRCam del disco protoplanetario PDS 70, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2403.04855
Fornito da Universe Today
