Le oscillazioni stellari per far luce sulle stelle e sui loro sistemi planetari
SPIRou (SpectroPolarimètre InfraRouge), uno strumento ad alta risoluzione all’infrarosso installato sul Canada-France Hawaii Telescope (CFHT) sulla cima del vulcano Mauna Kea, nelle Hawaii, consente di osservare i sistemi planetari intorno a piccole stelle vicine al sistema solare. Queste stelle, dotate di una massa compresa tra un terzo e un decimo di quella del Sole e meno luminose di quest’ultimo a causa della loro temperatura inferiore, sono note come nane rosse. «Se vogliamo catturare la maggior parte della loro luce dobbiamo osservarle nell’infrarosso, per cui abbiamo sviluppato questo strumento a infrarossi», spiega Jean-François Donati, coordinatore del progetto NewWorlds e direttore della ricerca presso il Centro nazionale per la ricerca scientifica (CNRS) francese. Il progetto è stato finanziato dal Consiglio europeo della ricerca. Circa l’80% delle stelle più vicine al sistema solare sono nane rosse. «Se vogliamo conoscere i sistemi planetari più vicini a noi dobbiamo osservare queste stelle e solo uno strumento a infrarossi è in grado di farlo in modo efficiente», osserva Donati.
Le oscillazioni stellari indicano la presenza di pianeti nelle vicinanze
Lo strumento SPIRou, ideato e costruito dal progetto, impiega la velocimetria ad alta precisione per misurare la velocità radiale. In combinazione con la spettropolarimetria a infrarossi, che permette di misurare e mappare le fluttuazioni dei campi magnetici delle stelle, esso consente di rilevare oscillazioni di piccola entità. Le oscillazioni possono indicare con precisione la presenza di pianeti orbitanti all’interno di sistemi stellari lontani. «In tal modo non osserviamo i pianeti in quanto tali, ma piuttosto il loro impatto sulla stella interessata, che risponde all’attrazione gravitazionale dei suoi pianeti in rotazione; di conseguenza, è possibile vedere la stella oscillare», spiega Donati. Grazie al rilevamento delle oscillazioni stellari, il progetto ha sinora scoperto circa 10 nuovi pianeti intorno alle nane rosse. «Non è un compito facile in quanto intorno alle stelle di piccole dimensioni orbitano pianeti più piccoli, che generano a loro volta oscillazioni di entità molto ridotta», afferma Donati.
Filtrare i dati di oscillazione
«Il problema è che le stelle, come il Sole, sono estremamente attive, per cui sono dotate di ampie aree e di vasti campi magnetici che generano anch’essi un’oscillazione; di conseguenza, è necessario separare tali fattori dall’oscillazione determinata dai pianeti.» «Questa sfida è stata superata nel dominio del visibile grazie all’impiego di vari strumenti; ciononostante, non è mai stata affrontata nell’infrarosso», aggiunge. Molteplici osservazioni hanno aiutato a distinguere le oscillazioni planetarie da altre attività. «Diversamente da quanto si verifica di consueto, siamo stati in grado di osservare le oscillazioni planetarie per lunghi periodi, centinaia di volte nell’arco di 2-3 anni.» Il progetto ha rilevato alcune stelle, ancora non studiate, caratterizzate da particolari tipologie di attività. «Queste stelle erano dotate di campi magnetici molto strani che non ci aspettavamo», dichiara Donati.
Osservazioni nel corso del tempo
I campi magnetici, che esercitano un impatto sulla formazione nell’universo di stelle con una massa ridotta e dei loro pianeti, contribuiscono alle condizioni necessarie alla comparsa della vita. Grazie alle numerose osservazioni effettuate nel corso del tempo da quando SPIRou è stato installato alle Hawaii nel 2019, il progetto è stato in grado di caratterizzare numerosi pianeti intorno alle nane rosse nella speranza, in ultima analisi, di trovare pianeti abitabili simili alla Terra al di fuori del sistema solare. SPIRou è stato utilizzato al fine di osservare la nascita di giovani stelle e dei loro pianeti, studiati anche in altri progetti finanziati dall’UE come GASP e SACCRED. Una lunga serie di osservazioni può permettere di far luce sulla nascita dei sistemi planetari, osserva Donati, che mette in evidenza, concludendo, un’altra importante scoperta del progetto: «Sembra che i pianeti nascano con densità analoghe a quelle che conosciamo nel sistema solare.» «Abbiamo rilevato densità di massa dei pianeti simili a quelle di Nettuno, un fatto inaspettato: ci aspettavamo infatti che tali pianeti fossero più grandi.»
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