Ci mancano altre terre? Nuove prove drammatiche scoperte dagli astronomi

Questa illustrazione raffigura un pianeta parzialmente nascosto dal bagliore della sua stella ospite e di una vicina stella compagna. Dopo aver esaminato un certo numero di stelle binarie, gli astronomi hanno concluso che i pianeti delle dimensioni della Terra in molti sistemi a due stelle potrebbero passare inosservati alle ricerche di transito, che cercano i cambiamenti nella luce di una stella quando un pianeta le passa davanti. La luce della seconda stella rende più difficile rilevare i cambiamenti nella luce della stella ospite quando il pianeta le passa davanti. Credito: Osservatorio internazionale Gemini/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva

Gli astronomi che studiano le coppie stellari scoprono prove che potrebbero esserci molti più pianeti delle dimensioni della Terra di quanto si pensasse in precedenza.

Alcune ricerche sugli esopianeti potrebbero mancare quasi la metà dei pianeti delle dimensioni della Terra attorno ad altre stelle. Nuove scoperte di un team che utilizza l'Osservatorio internazionale Gemini e il telescopio da 3.5 metri WIYN presso l'Osservatorio nazionale di Kitt Peak suggeriscono che mondi delle dimensioni della Terra potrebbero essere in agguato non scoperti nei sistemi stellari binari, nascosti nel bagliore delle loro stelle madri. Poiché circa la metà di tutte le stelle si trova in sistemi binari, ciò significa che agli astronomi potrebbero mancare molti mondi delle dimensioni della Terra.

I pianeti delle dimensioni della Terra potrebbero essere molto più comuni di quanto si pensasse in precedenza. Gli astronomi che lavorano presso il Centro di ricerca Ames della NASA hanno utilizzato i telescopi gemelli dell'Osservatorio Gemini internazionale, un programma del NOIRLab della NSF, per determinare che molte stelle che ospitano pianeti identificate dalla missione di caccia agli esopianeti TESS della NASA^, sono in realtà coppie di stelle - note come stelle binarie - in cui i pianeti orbitano attorno a una delle stelle della coppia. Dopo aver esaminato queste stelle binarie, il team ha concluso che i pianeti delle dimensioni della Terra in molti sistemi a due stelle potrebbero passare inosservati da ricerche di transito come quelle di TESS, che cercano i cambiamenti nella luce di una stella quando un pianeta le passa davanti.^, La luce della seconda stella rende più difficile rilevare i cambiamenti nella luce della stella ospite durante il transito del pianeta.

Il team ha iniziato cercando di determinare se alcune delle stelle ospiti dell'esopianeta identificate con TESS fossero in realtà stelle binarie sconosciute. Le coppie fisiche di stelle vicine tra loro possono essere scambiate per stelle singole a meno che non vengano osservate a una risoluzione estremamente elevata. Quindi il team si è rivolto a entrambi i telescopi Gemini per ispezionare un campione di stelle ospiti di un esopianeta nei minimi dettagli. Utilizzando una tecnica chiamata speckle imaging,^, gli astronomi hanno deciso di vedere se potevano individuare compagni stellari sconosciuti.

Utilizzando gli strumenti `Alopeke e Zorro sui telescopi Gemini North e South rispettivamente in Cile e Hawai'i,^, il team ha osservato centinaia di stelle vicine che TESS aveva identificato come potenziali ospiti di esopianeti. Hanno scoperto che 73 di queste stelle sono in realtà sistemi stellari binari che erano apparsi come singoli punti di luce fino a quando non sono stati osservati a una risoluzione più elevata con i Gemelli. "Con i telescopi da 8.1 metri del Gemini Observatory, abbiamo ottenuto immagini ad altissima risoluzione di stelle ospiti di esopianeti e rilevato compagni stellari a separazioni molto piccole", ha affermato Katie Lester dell'Ames Research Center della NASA, che ha guidato questo lavoro.

Il team di Lester ha anche studiato altre 18 stelle binarie precedentemente trovate tra gli ospiti degli esopianeti TESS utilizzando NN-EXPLORE Exoplanet e lo Stellar Speckle Imager (NESSI) sul telescopio WIYN da 3.5 metri al Kitt Peak National Observatory, anch'esso un programma del NOIRLab di NSF.

Dopo aver identificato le stelle binarie, il team ha confrontato le dimensioni dei pianeti rilevati nei sistemi stellari binari con quelle dei sistemi a stella singola. Si sono resi conto che la navicella spaziale TESS ha trovato esopianeti grandi e piccoli in orbita attorno a singole stelle, ma solo grandi pianeti in sistemi binari.

Questi risultati implicano che una popolazione di pianeti delle dimensioni della Terra potrebbe essere in agguato in sistemi binari e passare inosservata utilizzando il metodo di transito impiegato da TESS e da molti altri telescopi per la caccia ai pianeti. Alcuni scienziati avevano sospettato che le ricerche di transito potessero mancare di piccoli pianeti nei sistemi binari, ma il nuovo studio fornisce supporto osservativo a sostegno e mostra quali dimensioni degli esopianeti sono interessate.^,

"Abbiamo dimostrato che è più difficile trovare pianeti delle dimensioni della Terra in sistemi binari perché i piccoli pianeti si perdono nel bagliore delle loro due stelle madri", ha affermato Lester. "I loro transiti sono 'riempiti' dalla luce della stella compagna", ha aggiunto Steve Howell dell'Ames Research Center della NASA, che guida lo sforzo di imaging delle macchie ed è stato coinvolto in questa ricerca.

"Dato che circa il 50% delle stelle si trova in sistemi binari, potremmo perdere la scoperta - e la possibilità di studiare - molti pianeti simili alla Terra", ha concluso Lester.

La possibilità di questi mondi mancanti significa che gli astronomi dovranno utilizzare una varietà di tecniche di osservazione prima di concludere che un dato sistema stellare binario non ha pianeti simili alla Terra. "Gli astronomi devono sapere se una stella è singola o binaria prima di affermare che non esistono pianeti piccoli in quel sistema", ha spiegato Lester. “Se è singolo, allora potresti dire che non esistono piccoli pianeti. Ma se l'ospite è in un binario, non sapresti se un piccolo pianeta è nascosto dalla stella compagna o non esiste affatto. Avresti bisogno di più osservazioni con una tecnica diversa per capirlo.

Come parte del loro studio, Lester e i suoi colleghi hanno anche analizzato la distanza tra le stelle nei sistemi binari in cui TESS aveva rilevato grandi pianeti. Il team ha scoperto che le stelle nelle coppie che ospitano gli esopianeti erano in genere più distanti delle stelle binarie non note per avere pianeti.^, Ciò potrebbe suggerire che i pianeti non si formino attorno a stelle che hanno compagni stellari vicini.

"Questa indagine sull'imaging delle macchie illustra la necessità fondamentale delle strutture del telescopio NSF di caratterizzare i sistemi planetari scoperti di recente e sviluppare la nostra comprensione delle popolazioni planetarie", ha affermato Martin Still, responsabile del programma della National Science Foundation Division of Astronomical Sciences.

"Questa è una scoperta importante nel lavoro sugli esopianeti", ha commentato Howell. "I risultati aiuteranno i teorici a creare i loro modelli su come i pianeti si formano e si evolvono nei sistemi a doppia stella".

Note

1. TESS è il Transiting Exoplanet Survey Satellite, una missione della NASA progettata per Ricerca per i pianeti in orbita attorno ad altre stelle in un'indagine di circa il 75% dell'intero cielo notturno. La missione è stata lanciata nel 2018 e ha rilevato più di 3500 candidati esopianeti, di cui più di 130 confermati. Il satellite cerca gli esopianeti osservando le loro stelle ospiti; un pianeta extrasolare in transito provoca un calo sottile ma misurabile nella luminosità della sua stella ospite mentre attraversa davanti alla stella e blocca parte della sua luce.
2. La tecnica del transito è un modo per scoprire esopianeti. Implica la ricerca di diminuzioni regolari nella luce di una stella che potrebbero essere causate da un pianeta che passa davanti o "transita" la stella e blocca parte della luce stellare.
3. L'imaging speckle è una tecnica astronomica che consente agli astronomi di vedere oltre la sfocatura dell'atmosfera effettuando molte rapide osservazioni in rapida successione. Combinando queste osservazioni, è possibile annullare l'effetto sfocato dell'atmosfera, che colpisce l'astronomia terrestre facendo scintillare le stelle nel cielo notturno.
4. `Alopeke e Zorro sono strumenti di imaging identici montati in modo permanente sui telescopi Gemini North e South. I loro nomi significano "volpe" rispettivamente in hawaiano e spagnolo, riflettendo le rispettive posizioni a Maunakea alle Hawaii e a Cerro Pachón in Cile.
5. Il team ha scoperto che pianeti grandi il doppio della Terra o più piccoli non potevano essere rilevati utilizzando il metodo del transito durante l'osservazione dei sistemi binari.
6. Il team di Lester ha scoperto che le stelle binarie che ospitano gli esopianeti che hanno identificato avevano separazioni medie di circa 100 unità astronomiche. (Un'unità astronomica è la distanza media tra il Sole e la Terra.) Le stelle binarie che non sono note per ospitare pianeti sono generalmente separate da circa 40 unità astronomiche.
   Maggiori informazioni

Questa ricerca è presentata nel documento “Speckle Observations of TESS Exoplanet Host Stars. II. Stellar Companions a 1-1000 AU e Implications for Small Planet Detection” apparirà nel Diario astronomico.

Riferimento: "Osservazioni macchioline delle stelle ospiti dell'esopianeta TESS. II. Compagni stellari a 1-1000 AU e implicazioni per il rilevamento di piccoli pianeti" di Kathryn V. Lester, Rachel A. Matson, Steve B. Howell, Elise Furlan, Crystal L. Gnilka, Nicholas J. Scott, David R. Ciardi, Mark E Everett, Zachary D. Hartman e Lea A. Hirsch, Accettato, Diario astronomico.
arXiv: 2106.13354

Il team è composto da Kathryn V. Lester (NASA Ames Research Center), Rachel A. Matson (US Naval Observatory), Steve B. Howell (NASA Ames Research Center), Elise Furlan (Exoplanet Science Institute, Caltech), Crystal L. Gnilka (NASA Ames Research Center), Nicholas J. Scott (NASA Ames Research Center), David R. Ciardi (Exoplanet Science Institute, Caltech), Mark E. Everett (NSF's NOIRLab), Zachary D. Hartman (Lowell Observatory & Department of Fisica e Astronomia, Georgia State University) e Lea A. Hirsch (Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University).

Il NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory), il centro statunitense per l'astronomia a infrarossi ottici da terra, gestisce l'Osservatorio Gemini internazionale (una struttura di NSF, NRC–Canada, ANID–Cile, MCTIC–Brasile, MINCyT–Argentina , e KASI-Repubblica di Corea), Kitt Peak National Observatory (KPNO), Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO), Community Science and Data Center (CSDC) e Vera C. Rubin Observatory (gestito in collaborazione con il Dipartimento del Laboratorio Nazionale Acceleratore SLAC di Energy). È gestito dall'Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) nell'ambito di un accordo di cooperazione con NSF e ha sede a Tucson, in Arizona. La comunità astronomica è onorata di avere l'opportunità di condurre ricerche astronomiche su Iolkam Du'ag (Kitt Peak) in Arizona, su Maunakea nelle Hawai'i e su Cerro Tololo e Cerro Pachón in Cile. Riconosciamo e riconosciamo il ruolo culturale molto significativo e il rispetto che questi siti hanno rispettivamente nei confronti della nazione Tohono O'odham, della comunità dei nativi hawaiani e delle comunità locali in Cile.