Una possibile atmosfera protoplanetaria per PDS 70b

SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch instrument) sta davvero rivoluzionando l’astrofisica. Adesso è possibile scrutare i pianeti intorno alle loro stelle e studiare perfino per sommi capi la loro probabile atmosfera attraverso l’analisi spettroscopica di quella debole luce riflessa. Un traguardo che fino a pochi anni fa era ritenuto impossibile e che invece oggi si avvera.
Già mi pare di sentire le critiche — stupide — di chi pensa che tutto questo non serva a niente. Le immagini spettroscopiche e termiche riprese da droni, aerei e satelliti permettono di studiare e identificare infezioni e parassiti nelle coltivazioni agricole ben prima che i segni siano visibili sul campo [1]. Le tecnologie e principi che consentono di scorgere altri pianeti sono le stesse degli strumenti che ci permettono di vivere meglio su questo sassolino sperduto nell’infinito cosmo.

La posizione nel cielo di PDS 70 (V* V1032 Cen), una stella di tipo T Tauri un po’ più piccola del Sole (0,82 M☉) a 370 a.l. dalla Terra.

A prima vista PDS 70 è soltanto una delle miriadi di stelline che un qualsiasi buon telescopio nell’emisfero australe permette di vedere. Ma  in realtà è molto di più: essa è una stella nata da pochissimo, appena tra i 6 e i 10 milioni di anni ed è abbastanza vicina da permettere di studiare cosa accade in quel particolare momento, ovvero come si forma un sistema planetario. 
Già nel 1992 i dati del satellite IRAS[2] suggerivano PDS 70 come candidata ospite di un disco planetario, poi scoperto nel 2006.
Nel 2012 la svolta:  una regione vuota a circa 65 U.A. dalla stella suggerivano che lì si stava forse formando un pianeta [3] tra le 30 e le 50 volte Giove.
Successive osservazioni [4] hanno rivisto e corretto le prime stime confermando però la presenza di strutture protoplanetarie multiple: intorno a quella debole stellina si stavano formando più pianeti!

Lo studio con SPHERE: PDS 70b

Questa immagine, catturata dallo strumento SPHERE installato sul VLT (Very Large Telescope) dell’ESO, è la prima chiara fotografia di un pianeta nel momento in cui si sta formando; in questo caso intorno alla stella nana PDS 70, nella costellazione australe del Centauro. Il pianeta si distingue nitidamente; è il punto brillante alla destra della stella adeguatamente oscurata da un coronografo, una maschera che blocca la luce accecante della sorgente principale. Credit: ESO/A. Müller et al.

Quindi questa è per sommi capi la storia di PDS 70, una stellina di classe spettrale K5-K7 12, distante appena 370 anni luce — praticamente dietro l’angolo — e molto giovane (a quell’epoca sulla Terra le prime scimmie antropomorfe si preparavano a conquistare il mondo: i nostri antenati).
E adesso, grazie allo strumento SPHERE installato sul VLT (Very Large Telescope) dell’ESO, è stato finalmente possibile osservare il primo pianeta mentre è ancora nella fase della sua formazione [5] e di distinguere spettroscopicamente la sua probabile atmosfera [6].
Il pianeta, chiamato PDS 70b, appare mentre si sta aprendo la strada nel disco primordiale di gas e polvere intorno alla giovanissima stella a circa 3 miliardi di chilometri da questa (circa 20 U.A.), più o meno la distanza che separa Urano dal Sole con un periodo orbitale di 119 anni. Data la distanza e il periodo di rivoluzione non è stato difficile risalire alla stima della sua massa, che appare così di circa 10 masse gioviane.

Atmosfera protoplanetaria

Lo spettro di PDS 70b alla base delle simulazioni della sua atmosfera. Per una migliore comprensione leggere lo studio al riferimento 6 di questo articolo.

Ma non solo.  Grazie a SPHERE è stato possibile intercettare lo spettro di PDS 70b — che appare decisamente rosso, e stimare così anche la sua temperatura: circa 1200 ± 200 gradi Kelvin. E sempre grazie allo spettro del protopianeta è stato possibile risalire attraverso modelli e simulazioni numeriche alla possibile atmosfera di  questo.

Conclusioni

Il primo esopianeta fu scoperto nel 1995, ossia più di vent’anni fa.  I primi esopianeti osservati erano enormi e di solito orbitavano attorno a stelle più piccole del Sole. Questo perché per gli strumenti di quell’epoca erano gli unici oggetti che era possibile intercettare con le osservazioni, tant’è che per un momento si credette che tutte le nostre teorie sulla formazione planetaria fossero sbagliate. Dopo arrivarono strumenti più sofisticati, pensati apposta per raccogliere l’immane sfida di osservare oggetti sempre più piccoli e più difficili da scrutare. E così anche le teorie sulla formazione planetaria partendo dalla frammentazione dei resti della nube che aveva generato la stella furono confermate. Oggi lo vediamo con PDS 70b grazie a strumenti sempre più sofisticati come SPHERE. Anche strumenti di calcolo  sempre più potenti permettono di risalire alla composizione chimica delle atmosfere esoplanetarie così come possiamo risalire alla composizione chimica delle nubi di Venere con un normale telescopio.
Tra vent’anni cosa potremmo scoprire partendo da queste premesse?

Note:

  1. Vedi qui per le caratteristiche delle classi spettrali delle stelle nella Sequenza Principale.
  2. Essendo PDS 70 nella fase T Tauri, ossia in costante evoluzione, le stime della classe spettrale sono ancora imprecise, le attuali migliori sono indicate qui nello studio  “Orbital and atmospheric characterization of the planet within the gap of the PDS 70 transition disk” nel riferimento 6.
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Riferimenti:

  1. . Zarco-Tejada e altri, "Previsual symptoms of Xylella fastidiosa infection revealed in spectral plant-trait alterations", Nature Plants (2018) , 2018. https://www.nature.com/articles/s41477-018-0189-7
  2. . Gregorio-Hetem e altri, "A search for T Tauri stars based on the IRAS point source catalog.", Astronomical Journal (ISSN 0004-6256), vol. 103, Feb. 1992, p. 549-563., 1992. http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/bib_query?1992AJ....103..549G
  3. . Hashimoto, Dong, Kudo, Honda, McClure, Zhu,, Muto, Wisniewski, Abe, Brandner, "POLARIMETRIC IMAGING OF LARGE CAVITY STRUCTURES IN THE PRE-TRANSITIONAL PROTOPLANETARY DISK AROUND PDS 70: OBSERVATIONS OF THE DISK", The Astrophysical Journal Letters, Volume 758, Number 1, 2012. http://iopscience.iop.org/article/10.1088/2041-8205/758/1/L19/meta
  4. . Hashimoto, Tsukagoshi, Brown, Dong, Kudo, Zhu,, Muto, Wisniewski, Oashi, Kusakabe, "THE STRUCTURE OF PRE-TRANSITIONAL PROTOPLANETARY DISKS. II. AZIMUTHAL ASYMMETRIES, DIFFERENT RADIAL DISTRIBUTIONS OF LARGE AND SMALL DUST GRAINS IN PDS 70", The Astrophysical Journal, Volume 799, Number 1, 2015. http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-637X/799/1/43/meta
  5. . Keppler, Benisty, Müller, Henning e altri, "Discovery of a planetary-mass companion within the gap of the transition disk around PDS 70", Astronomy & Astrophysics manuscript - © ESO 2018 May 28, 2018, 2018. http://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1821/eso1821a.pdf
  6. . Müller, Keppler, Henning e altri, "Orbital and atmospheric characterization of the planet within the gap of the PDS 70 transition disk", Astronomy & Astrophysics manuscript no. PDS70 - © ESO 2018 June 20, 2018, 2018. http://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1821/eso1821b.pdf

Umberto Genovese

Autodidatta in tutto - o quasi, e curioso di tutto - o quasi. L'astronomia è una delle sue più grandi passioni. Purtroppo una malattia invalidante che lo ha colpito da adulto limita i suoi propositi ma non frena il suo spirito e la sua curiosità. Ha creato il Blog Il Poliedrico nel 2010 e successivamente il Progetto Drake (un polo di aggregazione di informazioni, articoli e link sulla celebre equazione di Frank Drake e proposto al l 4° Congresso IAA (International Academy of Astronautics) “Cercando tracce di vita nell’Universo” (2012, San Marino)) e collabora saltuariamente con varie riviste di astronomia. Definisce sé stesso "Cercatore".

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