Esopianeti — Mondi oltre il Sole
Dalla prima oscillazione attorno a 51 Pegasi a un pianeta che orbita la nostra vicina stellare più prossima — una guida ai mondi che abbiamo trovato, a come li abbiamo trovati e a dove cercarli nel vostro cielo.
Sommario
Cos'è un esopianeta?
Un esopianeta — abbreviazione di “pianeta extrasolare” — è un pianeta che orbita attorno a una stella diversa dal Sole. Per gran parte della storia umana abbiamo conosciuto solo otto pianeti — i mondi del nostro sistema solare. Oggi il conteggio supera i 5.800 confermati, e cresce ogni mese.
Quel numero è di per sé una clamorosa sottostima. Il telescopio spaziale Kepler della NASA — una missione di caccia ai pianeti che dal 2009 al 2018 ha fissato una sola zona della Via Lattea, sorvegliando circa 150.000 stelle alla ricerca dell'attenuazione periodica causata dai pianeti in transito — ha prodotto statistiche sufficienti a suggerire che essenzialmente ogni stella della galassia ospita almeno un pianeta, e che i piccoli mondi rocciosi sono più comuni dei giganti gassosi. La Via Lattea contiene alcune centinaia di miliardi di stelle. L'implicazione è che i pianeti non sono rari incidenti cosmici — sono la regola.
Nessuno di questi mondi può essere visto come un disco in alcun telescopio amatoriale (e nemmeno nella maggior parte di quelli professionali). Quasi tutti gli esopianeti confermati sono stati rilevati indirettamente — attraverso i minuscoli effetti che esercitano sulla luce della loro stella ospite. Le stelle ospiti, invece, sono pienamente alla nostra portata. Alcune sono abbastanza luminose da essere individuate a occhio nudo in una notte buia.
Una breve storia
Per secoli l'esistenza di altri pianeti è stata una questione filosofica. Le prime rilevazioni confermate sono arrivate solo negli anni '90, e sono giunte in un ordine che nessuno si aspettava.
I primissimi esopianeti confermati furono trovati in orbita attorno a PSR B1257+12, una pulsar al millisecondo nella Vergine. Aleksander Wolszczan e Dale Frail misurarono irregolarità nella tempistica del segnale della pulsar e dimostrarono che dovevano essere causate da corpi orbitanti. Furono annunciati due piccoli pianeti; un terzo seguì nel 1994. Le pulsar sono cadaveri stellari, quindi non erano i mondi che qualcuno sperava di trovare — ma dimostrarono che i pianeti esistevano altrove.
Michel Mayor e Didier Queloz annunciarono un pianeta attorno a 51 Pegasi (oggi ufficialmente chiamata Helvetios), una stella di tipo G assolutamente ordinaria a 50 anni luce di distanza. Il pianeta, 51 Pegasi b, è un mondo di massa gioviana che sfreccia attorno alla sua stella in appena 4,2 giorni. Nulla nei manuali aveva previsto che giganti gassosi potessero trovarsi così vicino alle loro stelle; la scoperta riscrisse la teoria della formazione planetaria nel giro di una notte. Mayor e Queloz condivisero il Premio Nobel per la Fisica del 2019 per quel lavoro.
Puntata su una sola zona di cielo nel Cigno e nella Lira, la missione Kepler della NASA ha da sola moltiplicato di un ordine di grandezza la popolazione conosciuta di esopianeti, dimostrando che i piccoli mondi delle dimensioni della Terra sono comuni. TESS, il successore di Kepler dedicato a tutto il cielo, lanciato nel 2018, ha continuato da allora ad aggiungere bersagli vicini.
L'Osservatorio Europeo Australe annunciò Proxima Centauri b — un pianeta di massa approssimativamente terrestre in orbita attorno alla nana rossa Proxima Centauri nella sua zona abitabile. Proxima è la stella più vicina al Sole, a soli 4,24 anni luce di distanza. All'improvviso l'esopianeta conosciuto più vicino era anche un mondo roccioso potenzialmente temperato. È il sistema esoplanetario più studiato di cui disponiamo, e il bersaglio più plausibile per qualunque futura sonda interstellare.
Come li troviamo
Un pianeta è milioni o miliardi di volte più debole della sua stella e si trova immerso nel suo bagliore. Cinque tecniche hanno prodotto quasi tutte le rilevazioni confermate.
Un pianeta e la sua stella orbitano entrambi attorno al loro comune centro di massa. Quando la stella si muove verso di noi la sua luce si sposta leggermente verso il blu; quando si allontana, leggermente verso il rosso. Spettrografi ad alta risoluzione possono misurare questi spostamenti fino a ~1 m/s — un'andatura da passeggio. È così che è stato trovato 51 Pegasi b ed è così che è stato confermato Proxima b. Funziona meglio per pianeti massicci e ravvicinati.
Se l'orbita di un pianeta è vista di taglio dal nostro punto di vista, esso passa davanti alla sua stella una volta per orbita, bloccando una minuscola frazione della luce — tipicamente dallo 0,01% all'1%. Cali ripetuti e periodici tradiscono la presenza di un pianeta. È il metodo principe di Kepler e TESS, e rende conto della maggior parte di tutti gli esopianeti conosciuti. La geometria deve essere favorevole, perciò i transiti catturano solo una piccola frazione dei pianeti esistenti, ma quelli che catturano risultano caratterizzati molto bene: otteniamo il raggio del pianeta, e misurazioni di velocità radiale di follow-up forniscono la massa e quindi la densità.
Il metodo più difficile — letteralmente fotografare il pianeta. Richiede un pianeta giovane, brillante, autoluminoso e lontano dalla sua stella, oltre a un'ottica eroica (coronografi, ottica adattiva, starshade) per sopprimere il bagliore dell'ospite. Il successo classico è il sistema a quattro pianeti attorno a HR 8799, in cui tutti e quattro i giganti sono stati risolti e seguiti lungo le loro orbite. Beta Pictoris b è un altro riferimento. Il metodo produce anche racconti ammonitori: la celebre “immagine” di Hubble di Fomalhaut b (2008) si è rivelata, grazie a Gáspár e Rieke (2020), una nube di polvere in espansione prodotta dalla collisione di un planetesimo, e non un pianeta. L'imaging diretto ci fornisce gli spettri dell'atmosfera del pianeta stesso, altrimenti estremamente difficili da ottenere.
Quando una stella passa esattamente davanti a un'altra, la sua gravità incurva e amplifica la luce della stella di sfondo. Un pianeta attorno alla stella in primo piano aggiunge un breve picco secondario a quell'aumento di luminosità. Il microlensing è sensibile a pianeti su grandi distanze orbitali e persino a pianeti vagabondi a fluttuazione libera privi di una stella ospite — una popolazione che si stima possa rivaleggiare con il numero delle stelle.
L'astrometria misura la minuscola oscillazione laterale di una stella sullo sfondo del cielo — ci si aspetta che la missione Gaia dell'ESA fornisca migliaia di rilevazioni per questa via. Il timing delle pulsar sorveglia la cadenza del fascio radio di una pulsar alla ricerca di ritardi indotti dall'orbita; è di una precisione squisita ma funziona solo per la rara manciata di stelle che sono pulsar.
Stelle ospiti famose che potete osservare
Non potete vedere i pianeti stessi, ma potete senz'altro vedere i loro soli. Puntare un telescopio verso una stella di cui sapete che ospita altri mondi è un piccolo, silenzioso piacere che nient'altro nell'osservazione eguaglia davvero.
Ospiti luminose — a occhio nudo o con il binocolo
Una gigante arancione facilmente visibile a occhio nudo. Pollux b è un pianeta di classe gioviana su un'orbita di 1,6 anni, scoperto per velocità radiale nel 2006.
La più vicina stella singola simile al Sole, a soli 11,9 anni luce di distanza. Sono stati segnalati diversi candidati super-Terra, due dei quali potenzialmente nella zona abitabile. Da molto tempo un classico della fantascienza, e a buon diritto.
Una giovane nana di tipo K a 10,5 anni luce di distanza con un pianeta noto di massa gioviana e almeno due fasce di detriti — un sistema che probabilmente assomiglia al nostro sistema solare ai suoi inizi.
Nel 1999 questa divenne la prima stella simile al Sole confermata come ospite di più pianeti. Oggi ne sono noti almeno quattro.
Il nome di punta nella storia degli esopianeti — la prima stella ordinaria mai confermata come ospite di un pianeta (1995). Visibile a occhio nudo sotto un cielo buio, e un comodo bersaglio binoculare da qualunque luogo.
Ospiti deboli — i bersagli telescopici tra le nane rosse
La maggior parte dei pianeti della galassia orbita attorno a nane M — piccole, fredde, abbondanti stelle rosse. Singolarmente sono deboli, ma le più vicine sono alla portata di qualunque telescopio decente.
L'ospite di esopianeti conosciuta più vicina, punto. Una nana rossa a 4,24 anni luce di distanza, gravitazionalmente legata alla brillante coppia Alpha Centauri AB. Proxima b (2016) ha massa approssimativamente terrestre e orbita nella zona abitabile; un secondo pianeta, Proxima c, è stato aggiunto nel 2019. Le stelle Alpha Cen A e B hanno a loro volta una lunga storia di candidature planetarie, tra cui Alpha Cen Bb (annunciato nel 2012, ritrattato nel 2015) e un candidato non confermato osservato nel medio infrarosso da JWST attorno ad Alpha Cen A (2021) — ma nessun mondo confermato finora. Un bersaglio impegnativo dal Nord Europa (declinazione −62°) ma da non perdere alle latitudini meridionali.
Un sistema vicino di nana M che divenne famoso negli anni 2000 come il primo luogo in cui furono rivendicate super-Terre nella zona abitabile. Diversi dei suoi pianeti sono confermati; altri restano dibattuti. Un sistema storicamente importante.
Un sistema di nana M con quattro pianeti — il primo sistema multi-pianeta trovato attorno a una nana rossa, e il primo a mostrare prove evidenti di risonanza orbitale tra i suoi pianeti giganti.
Quali tipi di mondi esistono?
La singola sorpresa più grande dell'era esoplanetaria è quanto siano poco familiari la maggior parte di questi mondi. Il sistema solare, a quanto pare, non è un campione rappresentativo.
Giganti gassosi grandi come Giove o più, che orbitano la loro stella più vicino di quanto Mercurio orbiti il Sole. Temperature superficiali da 1.000 a 3.000 K. Sono facili da rilevare e furono il primo tipo di pianeta trovato attorno a una stella simile al Sole — 51 Pegasi b è il prototipo.
I tipi di pianeta più comuni nella galassia. Le super-Terre sono mondi rocciosi con raggi 1–2× quello terrestre; i mini-Nettuni sono leggermente più grandi (2–4×) con spessi involucri gassosi. Nulla di simile a essi esiste nel nostro sistema solare — il vuoto tra Terra e Nettuno è una peculiarità del sistema planetario del Sole, non uno schema universale.
Mondi il cui anno intero dura poche ore. Alcuni sono così vicini alle loro stelle che la superficie è roccia fusa e l'atmosfera, se esiste, è vapore di roccia.
Mondi a fluttuazione libera che vagano nello spazio interstellare senza una stella ospite. Le indagini di microlensing suggeriscono che potrebbero essere numerosi quanto le stelle stesse — un'enorme popolazione oscura e dispersa.
Il Graal. Approssimativamente delle dimensioni della Terra, di massa terrestre, in orbita nella zona abitabile di una stella di lunga vita. Abbiamo una manciata di candidati plausibili — Proxima b, i mondi interni di TRAPPIST-1, diversi candidati di Tau Ceti — ma ancora nessun gemello certo.
La zona abitabile
La zona abitabile è la fascia di distanze orbitali attorno a una stella in cui un pianeta roccioso con il giusto tipo di atmosfera potrebbe plausibilmente trattenere acqua liquida sulla sua superficie. Troppo vicino, e gli oceani evaporano; troppo lontano, e congelano.
Per il Sole la zona si estende all'incirca dall'interno dell'orbita terrestre fin oltre Marte. Per una nana rossa fredda come Proxima Centauri si trova molto più vicina — a una piccola percentuale della distanza Terra-Sole. Ecco perché Proxima b, con un'orbita di 11 giorni, è ancora un candidato per la zona abitabile: la sua stella è molto più fredda della nostra.
“Zona abitabile” significa soltanto che l'acqua liquida è geometricamente possibile. Non garantisce un'atmosfera, una magnetosfera, o qualcosa che assomigli a un clima temperato. Marte è tecnicamente all'interno della zona abitabile del Sole, eppure eccoci qui. Tuttavia, è il punto giusto da cui iniziare a cercare, e il conteggio dei pianeti confermati nella zona abitabile — visibile in cima al catalogo degli esopianeti — è uno dei numeri più seguiti del settore.
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Nightbase rispecchia integralmente il NASA Exoplanet Archive: ogni esopianeta confermato, la sua stella ospite, il metodo di scoperta, l'orbita e le proprietà misurate.
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Filtra per metodo di scoperta (velocità radiale, transito, imaging…), per raggio del pianeta, o in base al fatto che il pianeta si trovi nella zona abitabile della sua stella. Ordina per anno, distanza, periodo o massa. La cronologia delle scoperte in cima alla pagina è un buon punto di partenza — racconta a colpo d'occhio la storia di tre decenni di rilevazioni.
