In che modo i telescopi di nuova generazione ci aiuteranno a cercare gli esopianeti

Negli ultimi anni abbiamo scoperto una sorprendente serie di pianeti al di fuori del nostro sistema solare. Oltre a quelli che lo sono potenzialmente abitabile, abbiamo anche trovato pianeti extrasolari che lo sono più caldo delle stelle, Avere pioggia di ferro e cieli gialli, e che hanno il densità dello zucchero filato. Ma abbiamo ancora appena scalfito la superficie di ciò che c’è là fuori.

La prossima generazione di missioni di caccia ai pianeti andrà ancora oltre, identificando gli esopianeti e determinandone l’abitabilità anche a migliaia di anni luce di distanza. Per saperne di più su come si va a caccia dell’ago di un pianeta nel pagliaio della nostra galassia, abbiamo parlato con tre esperti che lavorano su progetti all’avanguardia relativi a esopianeti.

Un'esplosione di pianeti extrasolari

I primi esopianeti furono scoperti nel 1992 e in meno di tre decenni il numero di pianeti conosciuti al di fuori del nostro sistema solare è esploso. NASA stime che il numero di esopianeti conosciuti raddoppia all’incirca ogni 27 mesi.

La scoperta degli esopianeti è iniziata utilizzando telescopi terrestri, come la famosa scoperta dell'esopianeta 51 Peg b nel 1995, per la quale due astronomi svizzeri hanno ricevuto il premio Nobel. Ma la caccia agli esopianeti ha preso davvero il sopravvento con l’avvento dei telescopi spaziali per la caccia ai pianeti come quelli della NASA Keplero E TESS missioni.

Ora, nuove missioni della NASA e dell’ESA (Agenzia spaziale europea) stanno identificando ed esaminando gli esopianeti distanti in modo più dettagliato che mai.

Trovare esopianeti nella nostra galassia

PLATO è il telescopio spaziale dell’ESA per la caccia ai pianeti di prossima generazione ed è attualmente in costruzione con l’obiettivo di un lancio nel 2026. La missione si concentrerà sulle stelle luminose che sono relativamente vicine a noi nella galassia, tipicamente nella regione compresa tra 300 e 1.000 anni luce di distanza, osservando ciascuna area per almeno due anni.

La missione cercherà mondi abitabili utilizzando il metodo del transito, in cui i ricercatori misurano la luminosità di una stella distante. Se la luminosità della stella diminuisce a intervalli regolari, ciò implica che vi transita un pianeta noi e la stella, bloccando parte della luce emessa dalla stella e provocando il calo luminosità. Misurare con precisione questo calo consente a strumenti come PLATO di calcolare in modo molto accurato le dimensioni del pianeta.

Il periodo di osservazione di due anni consente agli scienziati di cercare pianeti con periodi più lunghi. Quindi, mentre una missione come Kepler ha osservato una piccola area del cielo per un lungo periodo di tempo, e TESS osserva grandi regioni del cielo per un breve periodo di tempo, PLATONE guarderà sia una vasta regione che a lungo tempo.

Avremo bisogno di strumenti con un periodo di osservazione più lungo rispetto alle missioni precedenti per individuare pianeti come il nostro, ha spiegato Ana Heras, scienziata del progetto PLATO, a Digital Trends in un'intervista. "Vogliamo rilevare pianeti simili alla Terra, e questo significa che se vuoi vedere un pianeta simile alla Terra in zona abitabile, avrà un periodo orbitale di un anno”, ha detto. “Quindi dobbiamo osservare per almeno due anni, perché vogliamo vedere almeno due transiti”.

I modelli attuali suggeriscono che l'osservazione di due transiti di una data stella dovrebbe fornire dati sufficienti per identificarla e in una certa misura caratterizzano un pianeta extrasolare, ma c'è la possibilità che PLATO possa osservare la stessa area per tre o anche quattro anni se necessario.

Oltre a questi pianeti simili alla Terra, PLATO esaminerà anche le stelle nane rosse più fredde, che potrebbero potenzialmente averle esopianeti abitabili che orbitano attorno ad essi. Il fotometro altamente accurato del telescopio può anche misurare informazioni sulle oscillazioni delle stelle osservate, che possono fornire agli scienziati informazioni sulla loro struttura interna e sulla loro età. "Ciò ci consentirà di far avanzare, in modo fantastico, la comprensione dell'evoluzione stellare e la conoscenza generale della fisica stellare", ha affermato Heras.

Una delle possibilità più interessanti di PLATO è che è così preciso che potrebbe persino essere in grado di rilevare lune in orbita attorno a esopianeti, chiamati esolune. È ovvio che le lune esistano al di fuori del nostro sistema solare, ma i metodi attuali non hanno ancora confermato in modo definitivo il rilevamento di una.

La possibilità che PLATO possa trovare una luna del genere apre la possibilità di cercare diversi tipi di ambiente abitabile: non solo pianeti simili alla Terra, ma anche lune simili a quelle come Encelado, la luna di Saturno che è uno dei luoghi non terrestri potenzialmente abitabili più promettenti nel nostro sistema solare.

Quanti pianeti ci sono nella nostra galassia?

Finora abbiamo scoperto circa 4.200 esopianeti e ne vengono annunciati altri praticamente ogni mese. Ma rimane una questione aperta su quanti pianeti ci siano esattamente nella nostra galassia. L'uso di metodi come il metodo del transito rivela solo i pianeti in configurazioni particolari, in particolare quelli che sono vicini orbitano attorno alle loro stelle, quindi abbiamo bisogno di una visione complessiva della galassia per avere un'idea migliore di quanti pianeti ci sono là fuori totale.

Questo è ciò che la NASA sta aspettando Telescopio spaziale romano Nancy Grace, o semplicemente romano, mira a scoprire. Il telescopio è attualmente in fase di costruzione e, una volta lanciato alla fine del 2025 o all’inizio del 2026, inizierà un’indagine del cielo notturno chiamata Roman Galactic Exoplanet Survey (RGES).

Lo scopo di questa indagine non è scoprire o indagare sugli esopianeti di per sé, ma piuttosto acquisire una visione d’insieme di quante stelle nella nostra galassia ospitano sistemi planetari e di come sono questi sistemi distribuito.

Rilevare i pianeti piegando la luce

Per eseguire la sua indagine del cielo, Roman utilizzerà una tecnica chiamata microlensing, che può individuare gli esopianeti ma soprattutto racconta agli scienziati le stelle attorno alle quali orbitano i pianeti.

"Il microlensing è unico in molti modi", ha dichiarato il ricercatore principale di RGES, Scott Gaudi, a Digital Trends in un'intervista. Si basa su un processo chiamato lente gravitazionale, che viene utilizzato per rilevare le stelle. "Funziona così: se guardi una stella abbastanza a lungo (circa 500.000 anni), per caso un'altra stella in primo piano apparirà fluttua abbastanza vicino alla tua linea visiva rispetto a quella stella sullo sfondo da dividere la luce di quella stella sullo sfondo in due immagini", ha spiegato.

“La stella sorgente sullo sfondo si illumina quando la stella in primo piano le passa davanti, perché la gravità della stella in primo piano piega i raggi luminosi che sarebbero andati via dalla linea di vista." Ciò significa che se gli scienziati osservano una stella sullo sfondo diventare più luminosa e poi diventare più debole, possono dedurre che un'altra stella è passata tra essa e la stella. noi.

Questa tecnica può essere ulteriormente perfezionata per rilevare esopianeti. "Se quella stella in primo piano ha un pianeta, allora quel pianeta ha massa, il che significa che può gravitazionalmente anche quella stella", ha detto Gaudi. “Quindi, se una di quelle due immagini della stella sullo sfondo creata dalla stella ospite in primo piano passa vicino al pianeta, ciò causerà un breve ulteriori schiarimenti o attenuazioni, che durano da poche ore, nel caso di un pianeta di massa terrestre, a pochi giorni, nel caso di un pianeta di massa gioviana pianeta."

Il problema è che questi eventi, in cui i pianeti e le stelle si allineano proprio così, sono rari e imprevedibili. Quindi, per catturarli, gli astronomi devono osservare un numero enorme di stelle. "Si verifica un evento di lente per stella ogni 500.000 anni, quindi è molto tempo da aspettare", ha detto Gaudi. “Così, invece, monitoriamo circa 100 milioni di stelle nel rigonfiamento galattico [un’area densamente stellata al centro della nostra galassia] e in ogni dato momento, molte migliaia vengono osservate dall’obiettivo”.

Roman sarà particolarmente adatto a questo tipo di indagine poiché dispone di un campo visivo molto ampio, che gli consente di osservare una grossa fetta del rigonfiamento galattico. Può anche monitorare questi milioni di stelle su una scala temporale di 15 minuti, consentendo ai ricercatori di catturare questi eventi di lente mentre accadono.

Missioni complementari

I dati principali che abbiamo finora su quanti esopianeti potrebbero esistere nella nostra galassia provengono dal telescopio spaziale Kepler, ormai in pensione, che ha osservato il cielo tra il 2009 e il 2018, misurando la luminosità di circa 150.000 stelle per cercare esopianeti sfruttando il transito metodo.

Questa missione ha gettato le basi per la ricerca sugli esopianeti odierna. Tuttavia, a causa del metodo utilizzato da Keplero, ci sono ancora molti pianeti extrasolari che potrebbero essere sfuggiti. Il progetto romano mira ad estendere e completare questo lavoro utilizzando un metodo diverso.

"L'indagine RGES è importante perché sarà complementare a Kepler", ha spiegato Gaudi. “Il metodo del microlensing è intrinsecamente sensibile ai pianeti più lontani, quindi i pianeti con orbite approssimativamente maggiori di quella del Terra." Se questo metodo fosse utilizzato da alieni distanti per osservare il nostro sistema solare, ad esempio, sarebbe in grado di rilevare tutti i pianeti tranne Mercurio.

“Mentre Keplero era appena sensibile ai pianeti di massa terrestre. Quindi abbiamo davvero bisogno di fare l’indagine RGES per fare questo censimento statistico degli esopianeti nella galassia”, ha detto Gaudi.

Inoltre, il microlensing non dipende dalla luce intensa delle stelle osservate, quindi consente agli scienziati di osservare sistemi che sono sia vicini a noi che lontani quanto il centro della galassia. Roman consentirà ai ricercatori di acquisire una comprensione statistica di come i sistemi planetari sono distribuiti nella nostra galassia, Gaudi ha detto: “Quindi possiamo effettivamente determinare la distribuzione galattica dei sistemi esoplanetari, cosa sostanzialmente impossibile con qualsiasi altro tecnica."

Caratterizzazione degli esopianeti utilizzando i transiti

I telescopi PLATO e Romano saranno preziosi per scoprire nuovi esopianeti e stimare quanti esopianeti esistono in totale nella nostra galassia. Ma una volta che sappiamo quanti pianeti ci sono e dove si trovano, abbiamo bisogno di nuovi strumenti per saperne di più su questi pianeti, indagando caratteristiche come la loro massa, dimensioni ed età. Queste informazioni possono aiutarci a vedere che tipo di pianeti esistono là fuori, siano essi giganti gassosi come Giove o Saturno o mondi rocciosi come la Terra e Marte.

L'ESA è stata recentemente lanciata un nuovo telescopio spaziale chiamato CHEOPS (CHaracterising ExOPlanets Satellite) che sta studiando gli esopianeti dall'orbita. Il progetto CHEOPS probabilmente troverà alcuni nuovi esopianeti durante il suo mandato, ma il suo obiettivo principale è quello di studiare gli esopianeti trovati da altre indagini in modo più dettagliato utilizzando il metodo del transito.

“Siamo, in effetti, una missione di follow-up”, ha spiegato Kate Isaak, scienziata del progetto CHEOPS, a Digital Trends in un’intervista. “Stiamo proseguendo per trovare le dimensioni, tra le altre cose, dei pianeti extrasolari conosciuti”.

Ciò significa che gli scienziati di questo progetto hanno un vantaggio nelle loro osservazioni, poiché hanno già le informazioni di cui hanno bisogno su quando avverrà un transito. Possono puntare lo strumento verso il pianeta target proprio nel momento giusto mentre sta transitando per catturare informazioni su di esso.

CHEOPS è stato lanciato solo pochi mesi fa ma ha già scoperto nuove informazioni sul pianeta KELT-11 b, scoprendo che questo strano pianeta ha una densità così bassa che "galleggerebbe sull'acqua in una piscina abbastanza grande", secondo una dichiarazione dei ricercatori.

Alla ricerca della Terra 2

Rilevare e studiare gli esopianeti non significa solo trovare mondi strani come KELT-9 b O AU Mic b Anche se. Riguarda anche la domanda più grande: se esista o meno la vita al di fuori della Terra. Il lavoro svolto ora dagli astronomi sta iniziando a indagare non solo su dove siano i pianeti, ma anche se potrebbero essere abitabili. Alla fine, potrebbero aiutare a determinare se questi pianeti lontani ospitano effettivamente la vita.

“Uno del Santo Graal della scienza degli esopianeti è la ricerca della vita”, ha detto Isaak. “Una delle cose che le persone cercano è un pianeta simile alla Terra. Una Terra 2, si potrebbe dire.” Ciò implica la ricerca di un pianeta roccioso all’interno della zona abitabile di una stella – la distanza da una stella alla quale può esistere acqua liquida sulla superficie del pianeta. Le missioni future, come il prossimo telescopio spaziale James Webb, saranno persino in grado di indagare se gli esopianeti distanti hanno un'atmosfera.

Heras, lo scienziato del progetto PLATO, concorda con l'importanza della ricerca dell'abitabilità. "Lo studio di esopianeti possibilmente abitabili è davvero il passo successivo per capire non solo come si evolvono i pianeti, ma forse anche come è apparsa la vita", ha detto. “Dopo tutto quello che abbiamo imparato sugli esopianeti, il prossimo passo sarà imparare di più sullo sviluppo della vita e su come la vita è iniziata”.

C’è anche una grande domanda aperta sull’esistenza di altri sistemi solari simili al nostro. “Vorremmo anche sapere quanto sia unico il nostro pianeta”, ha detto Heras. Ha spiegato che anche tra le migliaia di esopianeti scoperti, pochissimi di questi si trovano all’interno della zona abitabile delle loro stelle. “Quindi in realtà non sappiamo ancora, con le nostre conoscenze, quanto sia unico il nostro sistema solare e quanto sia unica la Terra”.

La domanda definitiva

Questo legame tra la scoperta di esopianeti e la ricerca della vita guida sia gli scienziati che lavorano su questi progetti sia l’appetito del pubblico per la conoscenza di mondi lontani. È impossibile sentire parlare di bizzarri esopianeti e non immaginare come sarebbe vivere in questi strani posti.

“Gli esopianeti sono affascinanti, se non altro perché sono facili da capire”, ha detto Isaak. “Viviamo su un pianeta. La questione se siamo soli è profonda – filosoficamente, fisicamente, psicologicamente – è una domanda affascinante e possiamo facilmente comprenderla. La ricerca e lo studio degli esopianeti sono passi verso la questione: siamo soli? Con CHEOPS non troveremo la vita. Non concluderemo la missione dicendo che abbiamo scoperto degli omini verdi sul Pianeta X. Ma ciò che faremo è contribuire al processo attraverso il quale si potrebbe raggiungere questo obiettivo a lungo termine”.

Anche se la ricerca della vita non portasse a nulla, sarebbe comunque una scoperta profonda. E la ricerca stessa può stimolare l’indagine scientifica e la profonda contemplazione del nostro posto nell’universo.

"Penso che tutti siamo alla ricerca di un significato", ha detto Gaudi. “Se potessimo in qualche modo avere un’idea se la vita, anche la vita semplice, sia sorta o meno su un altro pianeta indipendentemente dalla vita sulla Terra – o se no e ci sentiamo cosmicamente soli – uno dei due avrebbe un impatto molto profondo sulla nostra visione di noi stessi e del nostro posto nel mondo. universo. È quel significato che mi spinge personalmente a studiare la ricerca dell’abitabilità e potenzialmente della vita”.