Guardando il cielo in una notte limpida, puoi essere sicuro di ciò che i nostri antenati non sospettavano nemmeno: almeno un pianeta ruota attorno a quasi ogni stella.
I mondi nelle orbite di altre stelle sono chiamati "esopianeti" e vanno da giganti gassosi più grandi di Giove a piccoli pianeti rocciosi come la Terra o Marte. I pianeti lontani possono essere abbastanza caldi da far sciogliere il metallo sulla loro superficie o come palle di neve ghiacciate. Molti di loro ruotano così rapidamente e strettamente attorno alle loro stelle che il loro anno dura diversi giorni terrestri. Alcuni possono avere due soli. Ci sono vagabondi espulsi dai loro sistemi, quelli che vagano nell'oscurità attraverso la galassia.
La Via Lattea è un'enorme famiglia di stelle, che si estende per circa 100.000 anni luce. La sua struttura a spirale contiene circa 400 miliardi di abitanti e il nostro Sole è tra questi. Se ognuna di queste stelle non ha un pianeta nella sua orbita, ma diversi, come nel sistema solare, allora il numero di mondi nella Via Lattea è semplicemente astronomico: il conteggio va a trilioni.
I sistemi stellari che vivono nella Via Lattea. Crediti: ESA / Hubble / ESO / M. Kornmesser.
Per diversi secoli, l'umanità ha pensato alla possibilità dell'esistenza di pianeti attorno a stelle lontane, e ora diciamo con sicurezza che i mondi extrasolari esistono. Il nostro vicino più prossimo, Proxima Centauri, ha recentemente scoperto un pianeta roccioso e probabilmente non è solo. La distanza è di circa 4,5 anni luce o 40 trilioni di chilometri. Tuttavia, la maggior parte degli esopianeti trovati si trova a centinaia o migliaia di anni luce di distanza.
Cattive notizie: non abbiamo ancora modo di raggiungerle. La buona notizia è che possiamo guardarli, misurare le temperature, "sentire" l'atmosfera e forse presto scoprire segni di vita nascosti nella luce fioca di questi mondi lontani.
Il primo esopianeta ad entrare nell'arena mondiale è stato 51 Pegasi b, un "Giove caldo" a 50 anni luce di distanza, che orbita attorno a una stella in 4 giorni terrestri. Il punto di svolta dopo il quale i pianeti extrasolari sono diventati comuni è arrivato nel 1995.
Rappresentazione artistica di giove caldo. Credito: ESO.
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Prima di 51 Pegasi b c'erano diversi candidati. L'esopianeta noto oggi come Tadmor è stato scoperto nel 1988. Sebbene la sua esistenza sia stata messa in dubbio nel 1992 a causa di prove insufficienti, dieci anni dopo ulteriori osservazioni hanno confermato che un pianeta orbitava intorno a Gamma Cepheus A. Poi, nel 1992, è stato scoperto un sistema di "pianeti pulsar". Questi mondi orbitano attorno a una stella morta, la pulsar PSR 1257 + 12, che vive a 2.300 anni luce dalla Terra.
Ora viviamo in un universo di esopianeti. Il loro numero è in costante aumento e al momento il numero di pianeti confermati al di fuori del sistema solare ha superato la linea di 3700, ma nel prossimo decennio il programma potrebbe salire a decine di migliaia.
Come siamo arrivati a questo?
Siamo sull'orlo di grandi scoperte. L'era delle prime esplorazioni e dei primi esopianeti confermati ha posto le basi per la fase successiva: la caccia a mondi lontani con telescopi più "vigili" e sofisticati nello spazio e sulla terra. Alcuni di loro avevano il compito di condurre un accurato censimento della popolazione, calcolando le varie dimensioni e tipi di esopianeti. Altri esaminano i singoli mondi, le loro atmosfere e il loro potenziale per sostenere la vita.
La visualizzazione diretta degli esopianeti, cioè le loro immagini reali, gioca un ruolo sempre più significativo, sebbene gli scienziati abbiano raggiunto l'attuale livello di conoscenza principalmente attraverso mezzi indiretti. I due metodi principali sono wobble ed eclipse.
Animazione composta da immagini di quattro enormi esopianeti in orbita attorno alla giovane stella HR 8799. Credito: Jason Wang / Christian Marois.
Il primo si basa sulla fissazione di distinte oscillazioni di stelle sotto l'influenza della gravità di un pianeta in orbita. Queste deviazioni caratterizzano la massa dell'esopianeta. Il metodo ha permesso di confermare i primi candidati, tra cui 51 Pegasi b, e in totale, misurando la velocità radiale, sono stati scoperti circa 700 mondi.
Ma la stragrande maggioranza degli esopianeti si trova con il metodo di transito, che si basa sulla cattura di una goccia incredibilmente piccola nella luminosità di una stella quando un pianeta attraversa il suo disco. Questa strategia di ricerca indica la dimensione dell'oggetto. Il telescopio spaziale Kepler della NASA, lanciato nel 2009, ha trovato circa 2.700 esopianeti confermati in questo modo. Ancora oggi sta scoprendo nuovi mondi, ma, sfortunatamente, la sua caccia finirà presto, poiché il carburante si sta esaurendo.
Ogni metodo ha i suoi pro e contro. La misurazione della velocità radiale mostra la massa del pianeta, ma non fornisce informazioni sul suo diametro. Il transito parla delle dimensioni del mondo extrasolare, ma non consente di determinare la massa.
Ma, quando diversi metodi vengono utilizzati insieme, possiamo ottenere dati importanti sul sistema planetario senza una visualizzazione diretta. L'esempio migliore è TRAPPIST-1, a circa 40 anni luce di distanza, in cui sette pianeti delle dimensioni della Terra orbitano attorno a una piccola nana rossa.
Pianeti in orbita attorno alla fantastica nana rossa TRAPPIST-1 rispetto alla Terra. Credito: ESO / M. Kornmesser.
La famiglia TRAPPIST-1 è stata studiata da telescopi terrestri e spaziali. La ricerca ha mostrato non solo i diametri di sette pianeti densamente compatti, ma anche la loro sottile interazione gravitazionale l'uno sull'altro. Ora conosciamo le loro masse e diametri, possiamo stimare la temperatura sulla superficie e persino indovinare il colore del cielo su ciascuno di essi. Sebbene molto sia ancora sconosciuto su questi sette pianeti, incluso se sono coperti da oceani o da una crosta di ghiaccio, TRAPPIST-1 è diventato il sistema stellare più studiato oltre al nostro.
Qual è il prossimo?
Il prossimo passo sarà una nuova generazione di telescopi spaziali. Prima di tutto, TESS, che dovrebbe essere lanciato il 16 aprile 2018. Questo moderno strumento condurrà un'indagine quasi completa delle stelle luminose vicine alla ricerca di pianeti in transito.
TESS selezionerà i migliori candidati per un'ispezione più ravvicinata da parte del James Webb Space Telescope, che andrà nello spazio nel 2020. Il successore di Hubble, con il suo enorme specchio, raccoglierà la luce direttamente dai pianeti stessi, che potranno poi essere scomposti in uno spettro, una sorta di codice a barre che mostra quali gas sono presenti nell'atmosfera dell'esopianeta. Gli obiettivi principali del telescopio saranno le "super terre".
"Hunter" per esopianeti TESS. Credito: NASA.
Poco si sa di questa classe di mondi extrasolari oggi, incluso se sono abitabili. La ragione di ciò è la mancanza di analoghi della super-terra nel sistema solare. Se siamo fortunati, uno di loro mostrerà segni di ossigeno, anidride carbonica e metano nella sua atmosfera. Tuttavia, la caccia alle atmosfere dei pianeti delle dimensioni della Terra dovrà essere rimandata alla prossima generazione di telescopi spaziali negli anni 2030.
Grazie al telescopio Kepler, ora sappiamo che le stelle sopra di noi sono circondate da pianeti. E possiamo essere sicuri non solo di un'enorme varietà di vicini esoplanetari, ma anche che l'avventura è solo all'inizio.
Roman Zakharov
