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21 Settembre 2022
13:03

Scoperto un nuovo protopianeta a 518 anni luce dalla Terra

Il suo nome è LkCa 15 b, è un esopianeta, si trova nella costellazione del Toro ed è stato individuato grazie a una tecnica pionieristica e molto promettente.

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Scoperto un nuovo protopianeta a 518 anni luce dalla Terra
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Come si scopre un pianeta extrasolare, cioè un pianeta in orbita attorno a un'altra stella? Viste le piccole dimensioni e le grandi distanze in gioco, ottenere un'immagine diretta è molto difficile. Non è impossibile (ci è riuscito recentemente anche il telescopio spaziale James Webb), ma solo una percentuale relativamente piccola degli esopianeti viene scoperta così.
Più spesso i pianeti vengono scoperti indirettamente tramite i loro effetti sulla loro stella madre, per esempio dalla luce che bloccano quando ci passano davanti (il cosiddetto metodo del transito) o dalle variazioni di velocità che provocano sulla stella stessa (metodo detto della velocità radiale).
Recentemente, però, un team internazionale di astronomi ha pubblicato uno studio in cui si dimostra l'esistenza di un mondo lontano tramite il suo effetto sul disco di materiale che circonda la stella attorno a cui orbita il pianeta stesso! È la prima prova osservativa diretta di un pianeta ancora in fase di formazione. Vediamo cosa c'è da sapere sulla scoperta di LkCa 15 b.

La stella madre

La lettera “b” nel nome del pianeta indica che questo è il primo pianeta noto attorno alla stella LkCa 15. Si tratta di un astro neonato a 518 anni luce da noi, con una massa quasi uguale a quella del Sole e che deve ancora assestarsi in una configurazione stabile come quella in cui si trova nostra stella di mezza età. È insomma una stella instabile, di una tipologia che gli astronomi chiamano T Tauri. Non a caso si trova all'interno di una regione in cui si stanno formando nuove stelle, nota come Nube Molecolare del Toro.

La Nube Molecolare del Toro.
La Nube Molecolare del Toro ripresa in un collage di immagini dal telescopio spaziale Herschel (ESA/Herschel/NASA/JPL–Caltech; acknowledgement: R. Hurt (JPL–Caltech).

Come e quando è stato scoperto il pianeta

L'esistenza di questo esopianeta era dibattuta già da diversi anni. I primi indizi osservativi risalgono al 2011, ma la prima scoperta risale al 2015 grazie ai dati del Large Binocular Telescope in Arizona. Questa fu successivamente smentita nel 2019 da un ulteriore studio che utilizzava immagini a risoluzione maggiore. Finalmente, la ricerca approfondita pubblicata il 14 settembre 2022 ci restituisce la conferma definitiva della sua esistenza. Ma come si è svolto questo studio?
Attorno alla stella orbita un pronunciato disco di accrescimento, costituito sostanzialmente da polveri in rotazione che stanno formando un sistema planetario grazie all'azione della gravità.

Il disco di accrescimento attorno a LkCa 15
Il disco di accrescimento attorno a LkCa 15. La scritta “AU” sta per Astronomical Unit, ovvero l’unità astronomica, la distanza media tra la Terra e il Sole, che corrisponde a circa 150 milioni di km (credit: Adam Kraus and Michael Ireland).

Tipicamente sarebbe impossibile cogliere in flagrante un pianeta in mezzo a tutte quelle polveri, e in effetti non è così che è stato scoperto. Per farlo, gli astronomi hanno invece usato una tecnica nuovadavvero ingegnosa.
Osservando il disco di accrescimento ad alta risoluzione in banda radio grazie all'osservatorio ALMA (un sistema di 50 antenne radio larghe 12 metri nel deserto cileno di Atacama), hanno notato che la materia non appare distribuita uniformemente all'interno del disco.  Ci sono in particolare, a 42 unità astronomiche di distanza dalla stella (poco più della distanza di Plutone dal Sole), due addensamenti di materia: un conglomerato più compatto e una struttura più allungata a formare un arco piuttosto esteso.

I due addensamenti nel disco di accrescimento attorno a LkCa 15
Gli addensamenti nel disco di accrescimento di LkCa 15 (credit: ApJ, Long et al.). Credits: Feng Long et al 2022 ApJL 937 L1 CC BY 4.0.

La peculiarità di queste due strutture è che, rispetto al cerchio del disco di accrescimento, sono separate da un angolo esattamente pari a 120°. Questo è bizzarro, perché non è un angolo casuale: è esattamente l'angolo che ci si aspetta tra due addensamenti di materia disciplinati da una massa più grande che sta esattamente in mezzo a essi, mentre l'intero sistema è in orbita attorno a una massa ancora più grande.

I punti lagrangiani

Per fare un esempio, questo accade anche nel nostro sistema solare. Giove, per esempio, condivide la sua orbita con due gruppi di asteroidi noti come Greci e Troiani. Ciascun gruppo di asteroidi è centrato esattamente a 60° di distanza da Giove, cioè 120° tra loro. Proprio come i due addensamenti nel disco di accrescimento di LkCa 15!

Asteroidi Greci e Troiani nell'orbita di Giove.
In verde, gli asteroidi Greci e gli asteroidi Troiani nell’orbita di Giove (credit: HeNRyKus).

Una coincidenza? No, assolutamente no. Questa particolare configurazione è dovuta al fatto che, 60° a destra e a sinistra rispetto a un pianeta, ci sono due punti gravitazionalmente stabili detti punti lagrangiani. Qui, sostanzialmente, è dove la gravità del pianeta e quella della stella madre si compensano perfettamente. Il materiale tende ad accumularsi in quei due punti proprio per via della loro assoluta stabilità.
Ecco spiegata l'esistenza di Greci e Troiani e, soprattutto, ecco spiegata la presenza di quei due addensamenti nel disco di accrescimento di LkCa 15!

Cosa sappiamo sul nuovo esopianeta

Gli astronomi ipotizzavano da tempo che il disco attorno a LkCa 15 ospitasse almeno un pianeta, soprattutto a causa della struttura ad anelli concentrici mostrata dal disco stesso. Ma questa è la prima conferma definitiva che lì esiste effettivamente un pianeta!
Secondo i calcoli, LkCa 15 b dovrebbe avere una massa compresa tra quella di Nettuno e quella di Saturno e un'età compresa tra 1 e 3 milioni di anni. Quindi il pianeta è in realtà un protopianeta, perché non si è ancora formato del tutto. Sta ancora accrescendo la sua massa tramite gravità, ed è questo l'aspetto più interessante della scoperta: non capita certo tutti i giorni di osservare un pianeta nel bel mezzo della sua crescita!
Non dobbiamo stupirci se il pianeta non è visibile direttamente nelle immagini di ALMA. Questo è un osservatorio che lavora in banda radio, mentre un pianeta come LkCa 15 b emette principalmente luce infrarossa. Il prossimo passo è dunque cercare il pianeta con un telescopio capace di osservare negli infrarossi con un'altissima risoluzione. Fortunatamente ce l'abbiamo, e risponde al nome di James Webb!
Non è detto che si riesca nell'intento, naturalmente, ma ora che questa nuova tecnica “lagrangiana” si è dimostrata in grado di scoprire nuovi esopianeti altrimenti invisibili, è solo questione di tempo prima che ne vengano trovati altri!

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