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Gemini Planet Imager: alla ricerca di nuovi pianeti

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light scattered by a disk of dust orbiting the young star HR4796A

L’immagine della “prima luce” del Gemini Planet Imager (GPI) della luce scatterata da un disco di polvere che orbita attorno alla giovane stella HR4796A. Si fa l’ipotesi che l’anello piu’ piccolo ed interno sia formato di polvere di origine asteroidale e cometaria durante la formazione planetaria, quelli che vengono definiti planetesimi. Alcuni scienziati hanno anche ipotizzato che il bordo ben definito dell’anerllo sia dato dalla presenza di un pianeta (ancora non individuato). L’immagine di sinistra (1,9-2,1 micron) mostra la luce nel visibile tra cui entrambi gli anelli di polvere e la luce residua dalla stella centrale scatterata dalla turbolenza dell’atmosfera terrestre. L’immagine di destra mostra solo la luce polarizzata. La luce dal bordo posteriore del disco e’ fortemente polarizzata in quando viene scatterata verso di noi. Immagine in grandi dimensioni disponibile qui . Crediti: Processing by Marshall Perrin, Space Telescope Science Institute.

 

 

Dopo quasi un decennio di sviluppo, costruzione e di collaudi lo strumento piu’ sofisticato al mondo per il direct imaging (immagine diretta) e per lo studio di pianeti extrasolari attorno ad altre stelle viene puntato verso il cielo per raccogliere e studiare la luce di questi mondi lontani.

Lo strumento, denominato Gemini Planet Imager (GPI) e’ stato progettato, costruito e ottimizzato per l’imaging di pianeti deboli attorno a stelle molto brillanti e per analizzarne le loro atmosfere. Sara’ pure un ottimo strumento per studiare i dischi di formazione planetaria ricchi di polvere intorno a giovani stelle. E’ lo strumento piu’ avanzato del suo genere che viene montato su uno dei telescopi piu’ grandi al mondo, il Gemini South Telescope di 8 metri, in Cile.

“Le immagini della prima luce del telescopio sono almeno un fattore 10 migliori di quelle degli strumenti di generazione precedente. In un minuto osserviamo pianeti per i quali di solito ci si impiega un’ora per la loro rivelazione” ha affermato Bruce Macintosh del lawrence Kivermore National Laboratory che ha guidato il team dei costruttori dello strumento.

GPI rivela la radiazione infrarossa dai giovani pianeti di tipo gioviano che orbitano a grande distanza dalla stella madre (e quindi hanno orbite piuttosto ampie), quelli che possono essere confrontati con i pianeti giganti gassosi nel nostro Sistema Solare non molto tempo dopo la loro formazione. Ogni pianeta che GPI osserva puo’ venir studiato in grande dettaglio.

“La maggior parte dei pianeti che oggi conosciamo sono noti grazie ai metodi indiretti che ci permettono di dire se c’e’ o meno un pianeta, ci permettono di dire qualcosa sulla sua orbita e sulla massa, ma non molto di piu'” ha affermato Macintosh. “Con GPI fotografiamo direttamente i pianeti attorno alle loro stelle – e’ un po’ come essere in grado di sezionare il sistema e di scavare dentro alle caratteristiche dell’atmosfera del pianeta”.

GPI ha compiuto le sue prime osservazioni lo scorso novembre, durante un debutto senza problemi. Si tratta di uno straordinario e complesso strumento astronomico delle dimensioni di una piccola automobile. “Questa e’ stata una delle run di prima luce piu’ lisce che abbia mai visto” ha affermato Stephen Goodsell, che gestisce il progetto per l’osservatorio.

Per le prime osservazioni di GPI il team di ricercatori ha preso come target dei sistemi planetari ben noti, tra cui il sistema di Beta Pictoris. GPI ha ottenuto il primo spettro del giovane pianeta, Beta Pictoris b. Allo stesso e’ stato utilizzato il modo di polarizzazione dello strumento, che permette di rilevare la luce della stella scatterata da particelle sottile, per studiare l’anello debole di polvere che orbita attorno alla giovane stella HR4796A. Con la strumentazione precedente era stato possibile osservare solo i bordi di questo anelli di polvere, che potrebbero essere i detriti che rimangono dalla formazione planetaria, con con questo numero strumento si puo’ osservare l’intera circonferenza dell’anello.

Anche se GPI e’ stato progettato per l’osservazione di pianeti lontani, e’ possibile utilizzarlo per osservare oggetti nel nostro Sistema Solare, e quindi molto vicini.

Europa_Gemini Planet Imager

Confronto di Europa osservato con il Gemini Planet Imager nella banda K1 a destra e immagine composita ottenuta dalla Galileo SSI e Voyager 1 e 2 (USGS), sulla sinistra. Sebbene GPI non sia stato progettato per oggetti estesi come un satellite, le sue osservazioni potrebbero aiutare nel trovare delle alterazioni superficiali dei satelliti gioviani ghiacciati oppure fenomeni atmosferici (come la formazione di nubi) sulla luna di Saturno, Titano. L’immagine nel vicino infrarosso a colori di GPI e’ una combinazione di tre differenti lunghezze d’onda. Crediti: Processing by Marshall Perrin, Space Telescope Science Institute and Franck Marchis SETI Institute.

Le immagini test della luna Europa di Giove, per esempio, possono permettere di mappare i cambiamenti della composizione superficiale del satellite. Le immagini qui sotto sono state presentate per la prima volta durante il 22esimo Meeting dell’American Astronomical Society a Washington DC.

“Osservare un pianeta vicino ad una stella in appena un minuto e’ sicuramente da brivido e l’abbiamo visto dopo una sola settimana che lo strumento e’ stato posizionato sul telescopio” ha affermato Fredrik Rantakyro, scienziato che fa parte dello staff di Gemini e che lavora sullo strumento. “Immaginate cosa sara’ in grado di fare questo strumento una volta che avremo completato e ottimizzato le sue prestazioni”.

“I pianeti extrrasolari sono estremamente deboli e difficili da rilevare accanto ad una stella luminosa” ha notato il Professor James R. Graham, Chied Scientist Professor dell’Universit’ della California che ha lavorato con Macintosh sin dall’inizio del progetto. GPI puo’ vedere i pianeti che hanno una luminosita’  un milione di volte piu’ debole di quella della loro stella. Spesso si descrive questo fenomeno come l’osservare una lucciola volteggiare attorno ad un lampione a migliaia di chilometri di distanza dall’osservatore. Gli strumenti utilizzati per individuare gli esopianeti devono essere progettati e costruiti con estrema precisione. GPI rappresenta un risultato tecnico estremamente incredibile per il team internazionale di ricercatori che hanno ideato, progettato e costruito lo strumento. Notevoli sono anche le capacita’ del telescopio Gemini.

Dopo anni di sviluppo e di test di simulazione e’ sicuramente uno dei traguardi piu’ ambiziosi nello studio della ricerca di esopianeti. Quest’anno il team di GPI iniziera’ una survey a grande campo considerando ben 600 stelle giovani alla ricerca di quanti pianeti giganti orbitano attorno ad esse. GPI verra’ utilizzato anche per altri progetti all’interno della comunita’ Gemini, progetti che vanno dalla formazione di dischi planetari all’emissione di polvere da stelle massicce nelle loro fasi finali evolutive.

GPI scruta il cielo attraverso l’atmosfera terrrestre e quindi attraverso la turbolenza atmosferica del nostro pianeta, ma grazie all’ottica adattiva avanzata lo strumento sara’ in grado di vedere pianeti delle dimensioni di Giove. Una simile tecnologia sta per essere proposta anche per i futuri telescopi spaziali.

Fonte Gemini Telescope – World’s most powerful exoplanet camera turns its eye to the sky

Sabrina

Antichi pianeti e nuovi dilemmi

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Il bello nella ricerca scientifica è che non c’è posto per le certezze assolute e che le sorprese – sempre gradite anche quando possono sembrare imbarazzanti – posso arrivare anche da dove si suppone che non ci possa essere niente di interessante da scoprire.
Il mio plauso va agli autori della scoperta, alcuni dei quali sono italiani, tutti in attività all’estero: Veronica Roccatagliata (responsabile della survey, dell’Osservatorio dell’Università di Monaco), Davide Fedele (della Johns Hopkins University, a Baltimore), Anna Pasquali ed Elisabetta Caffau (entrambe dell’Università di Heidelberg, in Germania).

HIP 11952 - Credit: http://simbad.u-strasbg.fr

Finora si era sempre supposto che un sistema planetario non si sarebbe potuto formare – o comunque sarebbe stato molto difficile – attorno a una stella con una bassissima percentuale di metalli.
Eppure una anonima stellina come ce ne sono tante altre ha mostrato che anche le stelle molto vecchie come lei possono ospitare un sistema planetario.

Infatti HIP11952 1 è una debole stellina grande 1,6 volte il Sole pur pesando il 20% in meno, con dei pianeti che le orbitano attorno: HIP 11952b e HIP 11952c.

Nome HIP 11952 b HIP 11952 c
Anno della scoperta 2012 2012
Massa (Giove=1) 2.93 (± 0.42) 0.78 (± 0.16)
Semiasse maggiore UA 0.81 (± 0.02) 0.07 (± 0.01)
Periodo orbitale (giorni) 290 (± 16.2) 6.95 (± 0.01)
Ecentricità 0.27 (± 0.1) 0.35 (± 0.24)
ω (gradi) 59.3 (± 2.5) 61.2 (± 6.6)
Tperi 2455402 (± 1.3) 2455029.2 (± 0.04)

Il rebus è nell’età della stella, che è molto, molto vecchia: circa 10-13 miliardi di anni. HIP 11952 è nata cioè quando l’Universo era ancora molto giovane, un miliardo di anni o forse meno, ed era molto più povero di elementi chimici più pesanti dell’elio – che gli astronomi chiamano metalli – di quello attuale.

HIP 11952
Distanza (parsec) 111 (± 18)
Tipo Spettrale F2V
Magnitudine apparente V. 9.78
Massa (Sole=1) 0.83 (± 0.05)
Età (Miliardi di anni) 12.8 (± 2.6)
Temperatura effettiva 6040 (± 210) K
Raggio (Sole=1) 1.6 (± 0.1)
Metallicità [Fe/H] -1.9 (± 0.14)
Asc. Retta 02 34 11
Declinazione -12 23 03

La metallicità di HIP 11952 è appena l’uno per cento di quella solare, e questo dato cozza con quanto finora si pensava in merito alla nascita e evoluzione di un sistema planetario.
L’attuale modello prevede infatti che un corpo planetario – roccioso o gioviano che sia – nasca per accrezione da un nucleo più piccolo e più pesante rispetto all’ambiente che lo circonda e che cresca col tempo. Il ruolo degli elementi chimici pesanti in questo caso è evidente: i semi da cui poi nascono i pianeti sono composti di ferro, silicio e carbonio che si sono arricchiti da tutto quello che riescono ad attrarre gravitazionalmente.
Questo meccanismo pone serie difficoltà alle stelle di popolazione II come questa di possedere un sistema planetario.
Come può quindi una stella nata in un ambiente dove gli elementi chimici pesanti erano meno di un centesimo di quelli di oggi?

Si può pensare che ci sia stata una precedente popolazione stellare 2 che ha pesantemente contaminato la regione di spazio in cui poi è nata HIP 11952 e i suoi due pianeti, oppure occorre rivedere l’attuale modello di formazione planetaria o ipotizzare un diverso meccanismo che porti allo sviluppo di pianeti in un ambiente molto povero di metalli.

Di certo è che HIP 11952 non è la sola stella di Popolazione II a possedere un sistema planetario: nel 2010 si scoprì che un’altra stella molto povera di metalli chiamata HIP 13044 – anche questa di una certa età, 9 miliardi di anni – era accompagnata da un pianeta gioviano caldo grande poco più del nostro Giove: HIP 13044b.

Nuovi studi sul surriscaldamento del permafrost artico

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Mentre i segnali di una catastrofe ambientale di enorme portata sta allarmando seriamente  gli scienziati, il  massimo interesse della politica mondiale pare concentrata su “escortate” come il mantenimento in vita dell’attuale modello di sviluppo economico piuttosto che il benessere del pianeta e la democrazia dei popoli. L’ideologia che è alla base del disastro planetario lungi dall’essere messa pubblicamente sotto accusa 1 viene ancora strenuamente difesa da ottusi ottuagenari  e i loro poco più giovani lacché, tant’è che tutte le conferenze internazionali sul clima sono miseramente fallite – l’ultima è quella di Durbans in Sud Africa – per miopi interessi di bottega.

Il dipartimento americano per l’energia (DOE) ha iniziato un programma di ricerca per indagare gli effetti sul clima se i 1500 miliardi di tonnellate di carbonio organico congelati nel permafrost della fascia artica (Siberia, Canada, Alaska, Nord Europa) dovessero essere scongelati dal riscaldamento globale 2.
Questo programma – dal costo di 100 milioni di dollari – si chiama Next-Generation Ecosystem Experiments (Ngee) e serve per sviluppare un raffinato modello di simulazione di come microbi del suolo, piante e acque sotterranee possono reagire e controllare l’immensa quantità di carbonio 3 immagazzinato nella tundra artica. Il modello climatico che uscirà da questo esperimento verrà incluso nei modelli previsionali dell’andamento climatico terrestre per i prossimi 50-100 anni.
Il programma cercherà di analizzare gli effetti del cambiamento climatico dalla più piccola scala molecolare fino alle dimensioni delle cellule climatiche ambientali che misurano dai  30 ai 100 km di lato.
Altre ricerche precedenti avevano stimato che un riscaldamento di 2,5 ° C nell’Artico entro il 2040 potrebbe causare il rilascio tra i 30 e i  63 miliardi di tonnellate di carbonio 4. Le attuali emissioni globali di CO2 derivate dalla combustione di combustibili fossili, la deforestazione e le altre attività umane sono stimate complessivamente di oltre 10 miliardi di tonnellate l’anno.
I ricercatori sono particolarmente preoccupati per il fatto che che il disgelo del permafrost rilascerà il carbonio nell’atmosfera principalmente sotto forma di metano 5, un gas serra molto più potente del biossido di carbonio, che potrebbe accelerare il riscaldamento globale con conseguenze difficilmente immaginabili 6.
La squadra di progetto Ngee coinvolgerà circa 50 ricercatori ed è una collaborazione tra i laboratori del dipartimento di energia nazionale e l’Università dell’Alaska Fairbanks.
Il programma Ngee probabilmente verrà esteso anche ad altri ricercatori internazionali che vorranno includere altre zone artiche fuori dall’Alaska.

Fonti:
http://www.nature.com/news/permafrost-science-heats-up-in-the-united-states-1.9681