NUOVI STRUMENTI PER LO STUDIO DEI

PIANETI EXTRASOLARI

Dalla scoperta del primo pianeta extrasolare 51 Pegasi b da parte di Michel Mayor e Didler Queloz nel 1995, enormi sono stati i progressi compiuti nella rilevazione e caratterizzazione dei pianeti extrasolari, oltre che nella comprensione della formazione ed evoluzione di sistemi planetari e delle atmosfere planetarie.

NUOVI STRUMENTI

Il numero dei pianeti scoperti negli ultimi anni è aumentato in modo considerevole.

Attualmente, uno dei temi tra i più affascinanti della ricerca dei pianeti extrasolari è l’individuazione e la caratterizzazione di pianeti di piccola massa.  

NUOVI STRUMENTI

HARPS montato al telescopio di 3,6 metri all’ESO e HARPS-N montato al TNG svolgono un ruolo fondamentale nel caratterizzare nuovi pianeti (e quindi nel definire massa e dimensioni) grazie all’alta precisione nella misura delle velocità radiali delle stelle, che raggiunge valori del metro al secondo.

Mentre HARPS osserva l’emisfero sud del cielo, HARPS-N va a caccia di pianeti nell’emisfero nord.

I due strumenti coprono l’intero cielo alla ricerca di esopianeti attorno a stelle simili al Sole.

ESPRESSO Echelle SPectrograph for Rochy Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations è uno spettrografo di nuova generazione per il VLT-Very Large Telescope dell’ESO-European Southern Observatory in Cile.

ESPRESSO

L’obiettivo di ESPRESSO sarà la ricerca di pianeti extrasolari rocciosi nella zona abitabile delle stelle.

Oltre a questo, lo strumento permetterà di studiare le abbondanze delle stelle nelle galassie vicine, di fare spettroscopia extra galattica, di compiere osservazioni di quasar lontani e di fare studi cosmologici.

Sito web dell’ESO: https://www.eso.org/sci/facilities/develop/instruments/espresso.html (in inglese)

Con ESPRESSO, che osserverà nella regione del visibile (3500-7200 Ångström), si potrà misurare la velocità radiale delle stelle con una precisione molto migliore, fino a dieci centimetri al secondo.

Il principale obiettivo sarà quello di arrivare ad un livello di precisione intorno al centimetro al secondo, che equivale ad individuare pianeti delle dimensioni di Mercurio o Venere attorno a stelle di tipo solare.

ESPRESSO

SPHERE – Spectra-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch

Riuscire a catturare l’immagine di un moscerino di passaggio vicino a un potente faro posto a qualche chilometro di distanza è possibile. Il primo pass da compiere è riuscire a eliminare dall’immagine la luce accecante del faro, il secondo è ottenere un contrasto così alto da riuscire a rilevare il moscerino.

In questo modo gli astronomi ottengono delle immagini dirette dei pianeti in orbita attorno a stelle diverse dal nostro Sole.

Sono migliaia gli esopianeti rilevati fino a oggi, ma a parte una manciata di casa, sempre con metodi indiretti, misurando cioè gli effetti che la loro presenza ha sulla luminosità e sul moto delle stelle ospiti. Infatti le stelle attorno alle quali nascono ed evolvono i sistemi planetari sono immensamente più luminose dei piccoli pianeti che orbitano attorno, per cui, fino ad oggi la tecnologia non permetteva osservazioni dirette se non in pochi fortunati casi.

SPHERE – Spectra-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch

Con SPHERE-Spectra-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch la rilevazione sarà in modo diretto e si potrà raccogliere la luce proveniente dal pianeta stesso e risolta da quella della sua stella.  

SPHERE è montato nell’unità 3 del VLT- Very Large Telescope, dell’ESO all’Osservatorio del Paranal, in Cile.  

SPHERE – Spectra-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch

SPHERE è uno strumento altamente complesso che combina tre tecniche molto sofisticate:

1. La cosiddetta Ottica Adattiva, per correggere i disturbi dovuti all’atmosfera terrestre e allo strumento, in grado di ottenere performance migliori da quelle raggiungibili persino dallo spazio. SPHERE utilizza Ottiche Adattive estreme per risolvere angolarmente il lampione dalla falena.

In altre parole, SPHERE sarà in grado di isolare la luce proveniente dal pianeta annullando quella della stella e ottenerne una vera e propria immagine diretta del pianeta.

2. La coronografia, utilizzata per sopprimere la luce di sorgenti brillanti in modo da lasciar emergere ciò che c’è nelle loro immediate vicinanze. In SPHERE è necessaria per togliere la luce abbacinante del lampione.

3. Tecniche di sottrazione di immagine a particolari lunghezze d’onda per aumentare il contrasto laddove la falena emette con maggiore intensità. Queste tecniche permettono anche la rimozione di ulteriori residui dovuti alla turbolenza atmosferica.

SPHERE – Spectra-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch

Sono 260 le notti di tempo garantito che il consorzio di SPHERE ha deciso di usare per un unico grande lavoro di survey.

SPHERE permetterà di rivelare e caratterizzare una ventina di pianeti, più che raddoppiando quanti già noti da immagini diretti, e permettendo per la prima volta di esplorare in modo sistematico le regione esterne dei sistemi planetari, che sono importanti per capire come essi si formino.

Metaforicamente si potrebbe dire che la sfida con SPHERE sarà quella di riuscire a rilevare, stando a Roma, una falena in volo attorno ad un lampione di Milano!

Sito web di ESO dedicato a SPHERE - https://www.eso.org/sci/facilities/paranal/instruments/sphere.html (in inglese)

SPHERE – Spectra-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch

Due immagini del sistema binario Iota Sgr. La stella principale – una gigante K a 180 anni-luce di distanza dal Sole facilmente visibile ad occhio nudo – è al centro del campo di vista in entrambe le immagini ma la sua luce è stata quasi completamente eliminata usando le speciali tecniche di sottrazione disponibili con SPHERE, anche se un residuo è ancora visibile nell’immagine di destra. In entrambe le immagini si vede chiaramente la debole compagna, una stella nana M mai osservata sinora, quattromila volte più debole della stella principale. La separazione tra le due stelle è solo 0.24 arcsec, corrispondente a dodici volte la distanza tra la Terra e il Sole alla distanza di Iota Sgr, ma solo 60 centimetri ad una distanza di 500 chilometri (Roma-Milano). In altre parole, è come se la falena fosse distante 60 centimetri dal lampione.

Immagini così dettagliate ci dicono che, quando SPHERE raggiungerà le sue massime performance, sarà sicuramente possibile osservare i pianeti extrasolari con un dettaglio mai raggiunto finora.

L’immagine di sinistra (a 1.2micron) è stata ottenuta con lo spettrografo a campo integrale, IFS (Integral Field Spectrometer), uno dei tre strumenti scientifici che costituiscono SPHERE, di realizzazione italiana. Quella a destra è l’immagine simultanea ottenuta con la camera IRDIS. a 1.6micron. Le bande scure in prossimità dell’immagine della nana M sono artefatti caratteristici delle tecniche usate per visualizzare il debole compagno di iota Sgr. 

EPICS – ExoPlanet Imaging Camera and Spectrograph

EPICS (Exoplanet Imaging Camera and Spectrograph) è uno strumento progettato per fare immagini dirette e per caratterizzare i pianeti extrasolari con l’E-ELT (European – Extremely Large Telescope), il futuro telescopio di 39 metri che sorgerà a Cerro Armazones, Paranal, a oltre 3 000 metri di quota. La fase d costruzione del più grande telescopio al mondo è iniziata alla fine del 2014; la prima luce dello strumento è prevista per il 2024.

EPICS – ExoPlanet Imaging Camera and Spectrograph

EPICS è ottimizzato per osservazioni nel visibile e nel vicino infrarosso, nella rilevazione di pianeti di piccola massa a grandi distanze dalla loro stella, oltre che di giovani pianeti (con un’età dell’ordine di 10 milioni di anni).

Non solo: permetterà di chiarire se nell’atmosfera di un dato pianeta ci sia la presenza di molecole di ossigeno.

Come si fa a sapere se effettivamente su un pianeta extrasolare si è già sviluppata la vita?

Per comprendere se un pianeta possa ospitare forme di vita occorre poterne studiare l’atmosfera. Si pensa che l’indicazione fondamentale sia la presenza di molecole di ossigeno O2 che dovrebbero essere abbondanti nell’atmosfera solo in presenza di fotosintesi clorofilliana. Forme di vita che non usano la fotosintesi sono naturalmente possibili, ma sembra molto più difficile rivelarne la presenza.

Nel caso dei pianeti attorno a stelle simili al Sole che non appaiono transitare sul disco della loro stella, perché l’orbita è troppo inclinata, i dati sull’atmosfera (essenzialmente spettri) possono essere ottenuti solo con immagini dirette.  Si può ragionevolmente sperare che con EPICS, strumento progettato per E-ELT, si avranno spettri che potranno chiarire se nell’atmosfera di un dato pianeta ci sia una quantità rilevante di O2 .  

EPICS – ExoPlanet Imaging Camera and Spectrograph

Sito ESO – Lo strumento EPICS - http://www.eso.org/sci/facilities/eelt/instrumentation/ (in inglese)Sito ESO: E-ELT - https://www.eso.org/public/italy/teles-instr/e-elt/ (in inglese)

IL CONTRIBUTO A SPHERE

Il contributo dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) a SPHERE è molteplice.

Capeggiato dall’INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, ha visto l’attiva e preziosa collaborazione anche degli Osservatorio Astronomici di Catania e Capodimonte, e dell’Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica cosmica (INAF-IASF) di Milano.

La partecipazione di INAF al top management di SPHERE è stata garantita da Massimo Turatto nel suo ruolo di Co-I di SPHERE coadiuvato in questo da Riccardo Claudi (PM del contributo INAF).

Un primo gruppo, coordinato da Andrea Baruffolo, e costituito Daniela Fantinel, Bernardo Salasnich dell’INAF-Osservatorio di Padova e Pietro Bruno dell’INAF-Osservatorio di Catania si è occupato dell’implementazione del software di controllo dell’intero strumento.

Un secondo gruppo, coordinato da Riccardo Claudi (INAF-OAPd) e costituito da (in ordine alfabetico) Umberto Anselmi (INAF-OAPd), Jacopo Antichi (INAF-OAPd), Enrico Cascone (INAF-OACa), Vincenzo DeCaprio (INAF-OACa), Silvano Desidera (INAF-OAPd), Giancarlo Farisato (INAF-OAPd), Enrico Giro (INAF-OAPd), Raffaele Gratton (INAF-OAPd), Luigi Lessio (INAF-OAPd), Dino Mesa (INAF-OAPd), Salvo Scuderi (INAF-OACt), ha progettato e costruito l’IFS, uno dei tre strumenti scientifici di SPHERE.

La validazione scientifica dello strumento è stata guidata da Raffaele Gratton (INAF-OAPd), scienziato dello strumento, coadiuvato da Riccardo Claudi, Silvano Desidera, coordinatore della NIRSUR (NIR Survey), Dino Mesa e Alice Zurlo.

GLI ISTITUTI COINVOLTI

1 ESO2 Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble, France3 Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Germany4 Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, France5 Observatoire de Genève, Switzerland6 Laboratoire Lagrange, Nice, France7 INAF Istituto Nazionale di Astrofisica, Italy8 Laboratoire d’Etudes Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique, Paris, France9 Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Switzerland10 University of Amsterdam, the Netherlands11 Office National d’Etudes et de Recherches Aérospatiales, Châtillon, France12 Stichting ASTRonomisch Onderzoek in Nederland, the Netherlands

IL CONTRIBUTO A SPHERE

NUOVI STRUMENTI PER LO STUDIO DEI PIANETI EXTRASOLARI

IL TEAM:GAPS SCIENCE TEAM

SABRINA MASIERO, INAF - OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI PADOVA E FGG-TELESCOPIO NAZIONALE GALILEO

CATERINA BOCCATO, INAF - OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI PADOVA

RICCARDO CLAUDI, INAF- OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI PADOVA

GLORIA ANDREUZZI, FGG-TELESCOIPIO NAZIONALAE GALILEO E INAF – OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI ROMA

EMILIO MOLINARI (DIRETTORE DEL TNG), FGG – TELESCOPIO NAZIONALE GALILEO E INAF-IAFS, MILANO

Immagini:diapositiva 1: Rappresentazione artistica di Kepler-186f. Crediti: http://fc07.deviantart.net/fs71/i/2014/109/8/c/kepler_186f_by_alpha_element-d7f4op3.pngdiapositiva 2: Rappresentazione artistica di Tau Boötis Ab. Crediti: NASA/G. Bacon (STScI/AVL) - http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2001/38/image/a/diapositiva 3: HARPS-N montato al Telescopio Nazionale Galileo (TNG). Crediti: FGG/TNGdiapositiva 4: una rappresentazione grafica di ESPRESSO. Crediti: ESA.diapositiva 5: una rappresentazione artistica di un pianeta extrasolare. Crediti: diapositiva 6: una rappresentazione artistica di un sistema planetario. Fonte NATURE, http://www.nature.com/news/specials/exoplanets/index.htmldiapositiva 7: Very Large Telescope, Cile. Crediti: ESOdiapositiva 8: Layout dell’intero SPHERE, in trasparenza lo strumento IFS. Crediti: INAF-OAPDdiapositiva 9: SPHERE montato al VLT. Crediti: INAF-OAPDdiapositiva 10: IFS (Integral Field Spectrometer) su SPHERE. Crediti: INAF.diapositiva 11: Rappresentazione del futuro telescopio E-ELT. Crediti: ESOdiapositiva 12: Rappresentazione artistica di un pianeta abitabile. Fonte: http://media2.s-nbcnews.com/i/MSNBC/Components/Video/__NEW/nn_11bw_arnd_world_131105.jpgdiapositiva 13: Rappresentazione artistica di un pianeta abitabile. Fonte: http://i.telegraph.co.uk/multimedia/archive/02127/space_2127323b.jpg