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Un vortice per vedere esopianeti

A sinistra, la maschera "vortex" ricavata da un disco di diamante largo 1 cm e spesso 0,3mm; a destra, un ingrandimento della porzione centrale osservata con microscopio elettronico per evidenziare la maschera di fase con fessure profonde circa 1 micron.
A sinistra, la maschera "vortex" ricavata da un disco di diamante largo 1 cm e spesso 0,3mm; a destra, un ingrandimento della porzione centrale osservata con microscopio elettronico per evidenziare la maschera di fase con fessure profonde circa 1 micron. Credits: University of Liège/Uppsala University

Un nuovo tipo di coronografo, che blocca la luce della stella principale, è stato installato all'osservatorio Keck ed ha ripreso le sue prime immagini; mostrano, accanto a due diverse stelle, un anello di polvere protoplanetaria e una nana bruna.

 Il dispositivo, chiamato un coronografo "vortex" (vortice), è stato recentemente installato all'interno NIRC2 (Near Infrared Camera 2), la termocamera a raggi infrarossi che è il cavallo di battaglia del doppio telescopio Keck da 10m nelle isole Hawaii. Esso ha il potenziale di osservare sistemi planetari e nane brune più vicino alla loro stella rispetto a qualsiasi altro strumento. "Il coronografo vortice ci permette di scrutare nelle regioni attorno a stelle dove si suppone che si formino i pianeti giganti come Giove e Saturno" ha dichiarato Dmitri Mawet, ricercatore presso il Jet Propulsion Laboratory e Caltech della NASA, a Pasadena. "Prima d'ora, siamo stati solo in grado di vedere giganti gassosi situati molto più lontano dalle loro stelle. Con il vortex, saremo in grado di vedere i pianeti in orbita il più vicino alle loro stelle, come Giove è al nostro Sole, 2-3 volte più vicino di quanto fosse possibile prima".

 I nuovi risultati sono presentati in due documenti, entrambi pubblicati nel numero di gennaio 2017 di "The Astronomical Journal".

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 Un primo studio, condotto da Gene Serabyn del JPL, leader del progetto vortex, presenta la prima immagine diretta della nana bruna chiamata HIP79124 B (immagine a destra, dove la stella centrale è invisibile e la nana è la macchia luminosa alla sua destra - Credits: NASA/JPL-Caltech). Questa nana bruna si trova a 23 unità astronomiche da una stella (una unità astronomica è la distanza tra il nostro sole e la Terra), in una regione di formazione stellare nelle nostre vicinanze, chiamato Scorpius-Centaurus.

 "La capacità di vedere molto vicino alle stelle ci permette anche di ricerca di pianeti intorno a stelle più lontane", ha detto Serabyn.

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 Il secondo studio, condotto da Mawet, presenta un'immagine del più interno dei tre anelli di polvere protoplanetaria intorno alla giovane stella chiamata HD141569A. I risultati, se combinati con i dati dei telescopi infrarossi Spitzer, WISE e Herschel, rivelano che il materiale protoplanetario è costituito da grani grandi come ghiaia e costituiti di olivina, uno dei silicati più abbondanti nel mantello terrestre. I dati mostrano anche che la temperatura dell'anello interno ripreso dal vortice è di circa 100 gradi Kelvin (-173 gradi Celsius), leggermente più "caldo" della nostra fascia di asteroidi.

"I tre anelli intorno questa giovane stella sono annidati come bambole russe e sottoposti a cambiamenti drammatici che indicano la formazione planetaria", ha detto Mawet.

Il vortice è stato inventato nel 2005 da Mawet mentre si trovava presso l'Università di Liegi, in Belgio. 

 La luce delle stelle sovrasta quella dei pianeti di un fattore che può andare da poche migliaia a qualche miliardo, rendendoli normalmente invisibili, soprattutto per i pianeti che si trovano vicino alle loro stelle. Per far fronte a questa sfida, i ricercatori hanno inventato strumenti chiamati coronografi, che in genere utilizzano piccole maschere per bloccare la luce delle stelle, proprio come la Luna che durante una eclisse totale blocca la luce del Sole e ci permette di ammirarne la corona e le eruzioni.

Ciò che rende il coronografo vortiex unico è che non blocca la luce delle stelle con una maschera opaca, ma reindirizza questa luce lontano dai rivelatori utilizzando una tecnica interferometrica in cui le onde luminose vengono combinate e cancellate. Questo permette di riprendere regioni prospetticamente più vicine alle stelle.

 Mawet spiega: "Lo strumento è chiamato un coronografo vortice perché la luce delle stelle è concentrata su una singolarità ottica, che crea un foro scuro al posto della stella"

Serabyn ha anche guidato un team che ha testato un predecessore del dispositivo a vortice sul telescopio Hale di Monte Palomar. Nel 2010, il team ottenne immagini ad alto contrasto di tre pianeti orbitanti nelle zone distanti del sistema stella chiamata HR8799, come si può vedere nell'immagine sottostante.

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Image credit: NASA/JPL-Caltech/Palomar Observatory

  In futuro, il vortex esaminerà altri giovani sistemi planetari, in particolare pianeti nei pressi della "linea di congelamento", la regione intorno ad una stella dove le temperature sono abbastanza fredde da far condensare molecole volatili, come l'acqua, metano e biossido di carbonio, in granuli di ghiaccio solido. La linea di gelo dovrebbe costituire la demarcazione, in un sistema planetario, tra le zone che ospitano i pianeti rocciosi e quelle con giganti gassosi.

 

Riferimenti:
- http://www.keckobservatory.org/recent/entry/keck_observatorys_new_planet_imager_delivers_first_science
-
https://www.nasa.gov/feature/jpl/new-planet-imager-delivers-first-science
-
https://www.nasa.gov/topics/universe/features/exoplanet20100414-a.html

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Marco Di Lorenzo (DILO)

Sono laureato in Fisica e insegno questa materia nelle scuole superiori; in passato ho lavorato nel campo dei semiconduttori e dei sensori d'immagine. Appassionato di astronautica e astronomia fin da ragazzo, ho continuato a coltivare queste passioni sul web, elaborando e pubblicando numerose immagini insieme al collega Ken Kremer. E naturalmente amo la fantascienza e la fotografia!

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