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LEECH: incursione nel sistema HR 8799

Sistema Planetario HR 8799
Sistema Planetario HR 8799 Credit: A.-L. Maire / LBTO

Un nuovo tipo di indagine per esopianeti, LEECH (LBT Exozodi Exoplanet Common Hunt), ha permesso agli astronomi di sondare in profondità il sistema planetario HR 8799, a 130 anni luce dalla Terra in direzione della costellazione di Pegaso.

I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Astronomy and Astrophysics.

The LEECH Exoplanet Imaging Survey. Further constraints on the planet architecture of the HR 8799 system [abstract]

Context. Astrometric monitoring of directly imaged exoplanets allows the study of their orbital parameters and system architectures. Because most directly imaged planets have long orbital periods (>20 AU), accurate astrometry is challenging when based on data acquired on timescales of a few years and usually with different instruments. The LMIRCam camera on the Large Binocular Telescope is being used for the LBT Exozodi Exoplanet Common Hunt (LEECH) survey to search for and characterize young and adolescent exoplanets in L′ band (3.8 μm), including their system architectures.

Aims. We first aim to provide a good astrometric calibration of LMIRCam. Then, we derive new astrometry, test the predictions of the orbital model of 8:4:2:1 mean motion resonance proposed for the system, and perform new orbital fitting of the HR 8799 bcde planets. We also present deep limits on a putative fifth planet inside the known planets.

Methods. We use observations of HR 8799 and the Θ1 Ori C field obtained during the same run in October 2013.

Results. We first characterize the distortion of LMIRCam. We determine a platescale and a true north orientation for the images of 10.707 ± 0.012 mas/pix and −0.430 ± 0.076°, respectively. The errors on the platescale and true north orientation translate into astrometric accuracies at a separation of 1′′ of 1.1 mas and 1.3 mas, respectively. The measurements for all planets agree within 3σ with a predicted ephemeris. The orbital fitting based on the new astrometric measurements favors an architecture for the planetary system based on 8:4:2:1 mean motion resonance. The detection limits allow us to exclude a fifth planet slightly brighter or more massive than HR 8799 b at the location of the 2:1 resonance with HR 8799 e (~9.5 AU) and about twice as bright as HR 8799 cde at the location of the 3:1 resonance with HR 8799 e (~7.5 AU).

Il pianeta HR 8799 b ripreso dal telescopio Hubble nel 1998La scoperta di pianeti extrasolari intorno alla giovane stella HR 8799, che ha solo 30 milioni di anni, risale al 13 novembre 2008 quando le ottiche adattive del telescopio Keck e Gemini individuarono tre pianeti in orbita. Nel 2009, ci si rese conto che uno di questi, quello identificato con la lettera b, era già stato fotografato dal telescopio spaziale Hubble, che ha appena computo 25 anni, nel 1998 (immagine a sinistra). Un quarto fu scoperto a novembre 2010, tramite osservazione diretta, nelle bande K e L dell'infrarosso dai telescopi Keck.
"Questa stella quindi, era un obiettivo per l'indagine LEECH, che poteva offrire l'opportunità di acquisire nuove immagini e meglio definire le proprietà dinamiche dei pianeti extrasolari orbitanti", ha detto Christian Veillet, direttore del Large Binocular Telescope Observatory (LBTO).

L'indagine LEECH inizia proprio al LBTO, nel sud-est dell'Arizona a febbraio 2013 per cercare di caratterizzare i giovani pianeti nello spettro del medio infrarosso.
Mentre, generalmente, l'imaging per la ricerca dei pianeti extrasolari sfrutta il vicino infrarosso, ossia la banda H a circa 1,6 micrometri, LEECH lavora ad una lunghezza d'onda di 3,8 micrometri che gli astronomi chiamano banda L, dove i pianeti freddi e di piccola massa emettono la maggior parte della loro radiazione. Sfrutta le straordinarie prestazioni del sistema di ottica adattiva del Large Binocular Telescope (LBT), che permette di correggere quasi completamente le distorsioni causate dall'atmosfera terrestre, ed utilizza la potenza il Large Binocular Telescope Interferometer (LBTI).
Con il passare del tempo, i pianeti diventano sempre più deboli e più rossi, aumentando ulteriormente il vantaggio di indagini nel medio infrarosso. Per questo motivo, LEECH è unicamente in grado di scoprire pianeti intorno a stelle molto vicine, che tendono a essere più vecchi rispetto alla maggior parte degli obiettivi della ricerca per immagini.

LBTI

LBTI (struttura di verde al centro dell'immagine) tra i due specchi 8,4 metri di LBT.
Credit: LBTO - Enrico Sacchetti

Lo studio, guidato da Anne-Lise Maire, dall'Osservatorio Astronomico dell'INAF di Padova, il primo nell'ambito del progetto LEECH, è stato dedicato alla struttura ed alla dinamica del sistema planetario HR 8799.

Il risultato esclude l'eventuale presenza di un quinto pianeta massiccio teorizzato, dimostrando che la stella non potrebbe ospitarne più di quattro e che questi sono in risonanza doppia tra loro (8:4:2:1).

“Abbbiamo studiato un sistema di 4 pianeti girando la stella HR8799 con il grande telescopio binoculare LBT negli Stati Uniti”, ha spiegato Anne-Lise Maire nel servizio di Marco Galliani, Media INAF.
“L’Osservatorio Astronomico di Arcetri ha costruito e concepito il sistema ad ottica adattiva del telescopio che corregge la turbolenza dell’atmosfera della Terra per ottenere immagini molto più precise. I pianeti di questa stella sono simili al pianeta Giove del Sistema Solare. La misura della posizione dei pianeti con il tempo permette di avere informazioni sull’architettura e la stabilità del sistema. Usando questo metodo abbiamo trovato che una configurazione stabile di questo sistema si ottiene con ogni pianeta che ha un periodo orbitale che è il doppio di quello del pianeta a lui più interno”.

"Sensibilità unica di LEECH ci ha permesso di sondare la regione interna di questo sistema planetario", ha aggiunto Wolfgang Brandner del Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg, Germania. "Un quinto pianeta gigante in un'orbita di risonanza interna è stato escluso. Questo potrebbe significare che il sistema planetario HR 8799 ha un'architettura simile al Sistema Solare, con quattro pianeti massicci a distanze maggiori e pianeti di massa inferiore, ancora non rilevati, nella zona più interna".

"Le nostre osservazioni suggeriscono che questo sistema è abbastanza stabile", ha aggiunto Veillet. "In altre parole, non vi è alcuna indicazione che quei pianeti si scontreranno uno con l'altro nei prossimi milioni di anni".

Nella configurazione attuale LEECH riesce a vedere fino a 15 Unità Astronomiche (1 untà Astronomica UA corrisponde alla distanza media Terra - Sole) dalla stella.

Secondo Veillet, l'indagine LEECH è un progetto esemplare:
"Si avvale delle prestazioni dell'ottica adattiva e combina le risorse dalla maggior parte dei partner LBTO - quattro università degli Stati Uniti, due istituti in Germania e la comunità italiana - per costruire un unico grande programma con oltre 100 notti osservative".

Riferimenti:
- http://phys.org/news/2015-04-astronomers-probe-region-young-star.html
- http://leech.as.arizona.edu/Site/LEECH.html

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Elisabetta Bonora

Sono una image processor e science blogger appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro.
In cerca di una nuova occupazione, negli ultimi anni mi sono occupata di digital advertising, web e video analytics.
Dedico il tempo libero alla mia dolcissima bimba Sofia Vega, a questo sito (creato nel 2012 in occasione dello sbarco del rover Curiosity su Marte) ed al processing delle immagini raw scattate dalle sonde e dai rover inviati nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

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