News di astrofisica

6 minuti di letturaForse è stato scoperto un pianeta attorno a una nana bianca

Tra circa 4,5 miliardi di anni il Sole proseguirà l’evoluzione tipica di una stella della sua massa. Per prima cosa si espanderà fino a diventare una gigante rossa: in questa fase è possibile che le dimensioni del Sole diventino così grandi che anche la Terra potrebbe essere mangiata dal Sole. Poi, dopo una fase instabile, gli strati di gas più esterni della gigante rossa verranno espulsi nello spazio e ciò che resta sarà il residuo del nucleo del Sole, fatto dai nuclei atomici (carbonio e ossigeno) che si sono formati a seguito delle reazioni nucleari di fusione di idrogeno ed elio. Questo residuo di nuclei di carbonio e ossigeno è ciò che si chiama nana bianca.

Una nana bianca non è una stella, è il residuo di una stella. Una nana bianca può avere inizialmente temperature molto alta ed emettere luce tra il violetto e l’ultravioletto, per questo motivo ci appare praticamente bianca – perché non c’è un picco di emissione in un  particolare colore della luce visibile. Tuttavia, con il tempo, una nana bianca si raffredda – non ci sono reazioni nucleari di fusione – e diventa una nana nera.

Questo è il destino del Sole. Ma perché vi ho raccontato tutto ciò, dicendovi en passant la brutta fine che potrebbe fare il nostro pianeta?

La potenziale scoperta

Perché grazie ai dati del telescopio spaziale NASA TESS sembrerebbe essere stato scoperto un pianeta attorno alla nana bianca WD 1856+534 a circa 80 anni luce di distanza da noi. L’articolo scientifico della scoperta  (che infatti parla di “planet candidate“) è firmato come primo autore dall’astrofisico Andrew Vanderburg della University of Wisconsin-Madison negli Stati Uniti d’America.

Da quello che vi ho raccontato per quanto riguarda il futuro del Sistema solare, capite subito che magari può darsi che pianeti come Giove e Saturno, per esempio, siano in grado di sopravvivere alla fase di gigante rossa e quindi di nana bianca: perciò il fatto di aver trovato un pianeta attorno a una nana bianca ci può stare, è plausibile.

Molto interessante è comunque questo studio. In passato si erano già trovati residui rocciosi attorno a nane bianche, ma mai pianeti. Stavolta potrebbe essere la volta buona, ma come sempre in astrofisica il condizionale è d’obbilgo.

Vale però secondo me vedere un po’ i dettagli di questa potenziale scoperta, perché si tratta di una bella storia di applicazione di metodo scientifico, magari da raccontare pure a scuola.

Come si trova un pianeta?

Di esopianeti ne conosciamo migliaia, ma praticamente sempre attorno a stelle più o meno normali – anche se il primo esopianeta della storia è stato scovato nel 1992 attorno a una stella di neutroni, ma questa è un’altra storia.

Il telescopio spaziale TESS tutto sommato è stato progettato proprio per scovare pianeti attorno a stelle vicine a noi. Il metodo con cui lavora TESS è il metodo dei transiti e dello studio della curva di luce: quando un esopianeta passa (cioè transita) davanti alla stella attorno a cui orbita si ha un calo di luminosità nel tempo. Dalle caratteristiche del calo di luminosità possiamo determinare le caratteristiche dell’esopianeta – oltre, ovviamente, a dire che abbiamo appena scoperto un esopianeta!

Tutto sommato è molto semplice: basta osservare per un periodo sufficientemente lungo le stelle e se c’è un esopianeta lo becchiamo sicuro.

Quando c’è un segnale, per prima cosa bisogna controllare

Come dicevo, il pianeta trovato da TESS è attorno alla nana bianca WD 1856+534. All’inizio nessuno se n’è accorto, perché TESS studia soprattutto stelle e non nane bianche. Tuttavia non dovete pensare a TESS come un telescopio che guarda una stella alla volta: piuttosto, TESS studia una certa porzione di cielo e ottiene curve di luce per le stelle presenti in quella porzione. Infatti, solo in un secondo momento le astrofisiche e gli astrofisici si sono accorte/i che poteva trattarsi di un potenziale pianeta attorno a una nana bianca.

Il problema è che la risoluzione di TESS è piuttosto ampia: si è dovuto quindi controllare per bene e provare a puntare la nana bianca WD 1856+534 anche con altri telescopi, in modo da escludere il caso di un falso positivo – cioè di un segnale che sembra quello di un esopianeta ma in realtà non lo è.

Per essere certi che si trattasse di un esopianeta si è chiesta una mano a due telescopi che si trovano sulla Terra, il Telescopio Carlos Sanchez e il Gran Telescopio Canarias. I due telescopi hanno confermato pienamente il segnale ottenuto da TESS. I dati di TESS sono stati ottenuti ad agosto 2019, i dati dei due telescopi da Terra invece sono stati ottenuti a ottobre 2019. Infine, per essere definitivamente sicuri, si è usato anche il telescopio spaziale a infrarossi NASA Spitzer a dicembre 2019 per vedere lo stesso segnale con un altro strumento e a un’altra lunghezza d’onda.

Alla fine, tutto confermato.

Dati del Gran Telescopio Canarias (a sinistra) e del telescopio Spitzer (a destra). In entrambi i casi il segnale mostra un calo della luminosità.

I dati del telescopio Spitzer nell’infrarosso sono molto simili ai dati del Gran Telescopio Canarias nell’ottico. Questo ci dice molto sulla massa del potenziale pianeta. Dall’analisi dei dati di Spitzer viene fuori che l’emissione termica dell’oggetto che transita davanti alla nana bianca – ovvero l’emissione che l’oggetto fa solo per il fatto che ha una temperatura – è davvero molto bassa. Questa è un’ulteriore conferma del fatto che abbiamo a che fare con un pianeta. Se mettiamo i numeri ottenuti da Spitzer in un possibile modello planetario, salta fuori che il pianeta che orbita attorno alla nana bianca non può avere una massa maggiore di circa 11 volte la massa di Giove in circa 35 ore di orbita.

Sicuri sia un pianeta? E se fosse altro?

Abbiamo ancora un dubbio, però: non è che anziché un pianeta l’oggetto che orbita attorno alla nana bianca sia una nana bruna, ovvero un oggetto che ha una massa maggiore di quella di un pianeta ma minore di quella di una stella?

Se così fosse dobbiamo allora considerare uno scenario da sistema stellare binario, in cui attorno alla nana bianca si sia formata una nana bruna che orbita molto vicino alla nana bianca. Come ha fatto la nana bruna ad avvicinarsi? Vediamo un po’.

Di solito nei sistemi binari, con una stella A e una stella B (o per esempio una nana bruna), funziona così: una delle due stelle evolve per prima, si espande e ingloba l’altra.

La stella A (il cui nucleo è in grigio) espande i suoi strati esterni (in rosso) e ingloba la stella B, la quale inizia a orbitare attorno al nucleo della stella A (in grigio sempre).

A questo punto gli strati più esterni (quelli in rosso) di gas potrebbero essere espulsi nello spazio.

Ciò che resta è appunto un sistema binario con due oggetti A e B che sono rispettivamente una nana bianca (residuo del nucleo della stella A) e un oggetto B che come detto potrebbe essere una nana bruna.

 

Il risultato finale è che l’oggetto B orbita vicino alla nana bianca.

La domanda da porsi, guardando i dati di TESS e gli altri telescopi riguardo al sistema della nana bianca WD 1856+534, è: possibile che l’oggetto che ci pare un esopianeta sia in realtà una nana bruna avvicinatosi alla nana bianca secondo questo meccanismo?

La risposta è che se avessimo una nana bruna, per far tornare i conti dovremmo avere un oggetto con 50 volte la massa di Giove e che orbita la nana bianca in circa un paio di ore. Proprio no, insomma, non torna con ciò che osserviamo. Il fatto che si tratti di un pianeta è la spiegazione più semplice e immediata.

Ma come tutte le cose, anche qui saranno necessarie nuove osservazioni in futuro. Il NASA James Webb Telescope, che continua a subire ritardi su ritardi – ora la data di lancio è per il 31 ottobre 2021, dovrebbe essere in grado di migliorare le osservazioni di Spitzer (perché il James Webb Telescope spingerà forte nell’infrarosso) e quindi fornirci dettagli in più su questo potenziale pianeta in orbita di una nana bianca

Ma a questo punto so già che cosa vi state chiedendo: sarebbe possibile trovare pianeti grandi come la Terra attorno a una nana bianca? Al momento non lo sappiamo, ma certamente non possiamo escluderlo. Di solito gli oggetti che orbitano attorno a una nana bianca, alla fine finiscono per collidere e cadere sulla nana bianca. Il sistema osservato con WD 1856+534 dimostra, a prescindere che si tratti di un pianeta o di una nana bruna, che non sempre avviene la catastrofe.

E per la ricerca di pianeti come la Terra, forse è meglio un’astrofisica senza catastrofi ed esplosioni, voi che dite?

——

Fonte

Articolo scientifico: A Giant Planet Candidate Transiting a White Dwarf di Andrew Vanderburg et al.

Lascia un commento

Questo sito usa Akismet per ridurre lo spam. Scopri come i tuoi dati vengono elaborati.