Un pianeta delle dimensioni di Nettuno scoperto in orbita intorno alla giovane e vicina stella AU Microscopii


Situata a meno di 32 anni luce dalla Terra, AU Microscopii è uno dei sistemi planetari più giovani mai osservati dagli astronomi, e la sua stella fa venire i brividi! Avete sentito parlare dei “terribili 22”? Ebbene, l’AU Microscopii è nel bel mezzo dei suoi terribili 22 … milioni di anni di età! Questo giovane sistema diabolico tiene prigioniero il pianeta AU Mic b all’interno di un incombente disco di polvere spettrale e lo tormenta incessantemente con letali raffiche di raggi X e altre radiazioni, vanificando ogni possibilità di vita… come la conosciamo noi!


Per più di un decennio gli astronomi hanno cercato pianeti in orbita attorno all’AU Microscopii, una stella vicina ancora circondata da un disco di detriti rimasti dalla sua formazione. Ora gli scienziati che utilizzano i dati del Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA e del telescopio spaziale Spitzer in pensione riferiscono la scoperta di un pianeta grande circa come Nettuno che circonda la giovane stella in poco più di una settimana.

Il sistema, noto in breve come AU Mic, fornisce un laboratorio unico nel suo genere per studiare come i pianeti e le loro atmosfere si formano, si evolvono e interagiscono con le loro stelle.

“AU Mic è una giovane stella nana vicina alla M”. È circondata da un vasto disco di detriti in cui sono stati tracciati dei ciuffi di polvere in movimento, e ora, grazie a TESS e Spitzer, ha un pianeta con una misura diretta delle dimensioni”, ha detto Bryson Cale, un dottorando della George Mason University di Fairfax, Virginia. “Non esiste un altro sistema conosciuto che controlli tutte queste importanti caselle”.

Il nuovo pianeta, AU Mic b, è descritto in un documento co-autore di Cale e guidato dal suo consigliere Peter Plavchan, assistente professore di fisica e astronomia alla George Mason. Il loro rapporto è stato pubblicato mercoledì 24 giugno sulla rivista Nature.

Questo è un cosiddetto modello di dispersione basato sull’immagine del telescopio spaziale Hubble dei detriti planetari che circondano la stella AU Microscopii. Anche se il disco reale è inclinato quasi verso la Terra, questa vista obliqua è da 30 gradi sopra il piano del disco. Questo modello mostra chiaramente un buco centrale che è stato spazzato via da un pianeta invisibile. I buchi nel centro dei giovani dischi polverosi sono comuni tra le stelle e sono prove circostanziali convincenti per l’esistenza di pianeti.

AU Mic è una fredda stella nana rossa con un’età stimata tra i 20 e i 30 milioni di anni, che la rende una neonata stellare rispetto al nostro Sole, che è almeno 150 volte più vecchio. La stella è così giovane che brilla principalmente per il calore generato, mentre la sua stessa gravità la spinge verso l’interno e la comprime. Meno del 10% dell’energia della stella proviene dalla fusione dell’idrogeno in elio nel suo nucleo, il processo che alimenta stelle come il nostro Sole.

Il sistema si trova a 31,9 anni luce di distanza nella costellazione meridionale del Microscopio. Fa parte di una vicina collezione di stelle chiamata Beta Pictoris Moving Group, che prende il nome da una stella più grande e più calda di tipo A che ospita due pianeti ed è allo stesso modo circondata da un disco di detriti.

Anche se i sistemi hanno la stessa età, i loro pianeti sono notevolmente diversi. Il pianeta AU Mic b abbraccia quasi la sua stella, completando un’orbita ogni 8,5 giorni e mezzo. Pesa meno di 58 volte la massa della Terra, collocandola nella categoria dei mondi simili a Nettuno. Beta Pictoris b e c, tuttavia, sono entrambi almeno 50 volte più massicci di AU Mic b e impiegano rispettivamente 21 e 3,3 anni per orbitare intorno alla loro stella.

“Pensiamo che l’AU Mic b si sia formato lontano dalla stella e sia migrato verso l’interno nella sua orbita attuale, cosa che può accadere quando i pianeti interagiscono gravitazionalmente con un disco di gas o con altri pianeti”, ha detto il co-autore Thomas Barclay, uno scienziato ricercatore associato presso l’Università del Maryland, nella contea di Baltimora, e uno scienziato associato del progetto TESS presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. “Al contrario, l’orbita di Beta Pictoris b non sembra aver migrato molto. Le differenze tra questi sistemi di età simile possono dirci molto su come i pianeti si formano e migrano”.

Rilevare pianeti intorno a stelle come AU Mic pone una sfida particolare. Queste stelle tempestose possiedono forti campi magnetici e possono essere coperte di macchie stellari – regioni più fredde, più scure e altamente magnetiche, simili alle macchie solari – che spesso eruttano potenti flare stellari. Sia le macchie solari che i loro brillamenti contribuiscono a modificare la luminosità della stella.

Nei mesi di luglio e agosto 2018, quando TESS stava osservando AU Mic, la stella ha prodotto numerosi brillamenti, alcuni dei quali erano più potenti dei più forti mai registrati sul Sole. Il team ha effettuato un’analisi dettagliata per rimuovere questi effetti dai dati TESS.

Quando un pianeta passa davanti alla sua stella dalla nostra prospettiva, un evento chiamato transito, il suo passaggio provoca un netto calo di luminosità della stella. TESS monitora ampie fasce di cielo, chiamate settori, per 27 giorni alla volta. Durante questo lungo sguardo, le telecamere della missione catturano regolarmente delle istantanee che permettono agli scienziati di seguire i cambiamenti di luminosità stellare.

I regolari cali di luminosità di una stella segnalano la possibilità di un pianeta in transito. Di solito, ci vogliono almeno due transiti osservati per riconoscere la presenza di un pianeta.

Au Mic è una “nana rossa”, il tipo di stella più numeroso della galassia.

“Per fortuna, il secondo dei tre transiti TESS si è verificato quando la navicella spaziale era vicina al punto più vicino alla Terra. In quei momenti, TESS non sta osservando perché è impegnata a ridurre tutti i dati memorizzati”, ha detto la co-autrice Diana Dragomir, un professore assistente di ricerca presso l’Università del New Mexico ad Albuquerque. “Per colmare il vuoto, il nostro team ha ottenuto il tempo di osservazione su Spitzer, che ha catturato due ulteriori transiti nel 2019 e ci ha permesso di confermare il periodo orbitale di AU Mic b”.

Spitzer è stato un osservatorio a infrarossi polivalente operativo dal 2003 fino alla sua disattivazione il 30 gennaio 2020. La missione si è dimostrata particolarmente abile nel rilevare e studiare gli esopianeti intorno alle stelle fredde. Spitzer ha restituito le osservazioni dell’AU Mic durante il suo ultimo anno.

Poiché la quantità di luce bloccata da un transito dipende dalle dimensioni del pianeta e dalla distanza orbitale, i transiti TESS e Spitzer forniscono una misura diretta delle dimensioni dell’AU Mic b. L’analisi di queste misurazioni mostra che il pianeta è circa l’8% più grande di Nettuno.

Le osservazioni provenienti da strumenti su telescopi a terra forniscono i limiti superiori della massa del pianeta. Come orbita di un pianeta, la sua gravità rimorchia la stella ospite, che si muove leggermente in risposta. Gli strumenti sensibili su grandi telescopi possono rilevare la velocità radiale della stella, il suo movimento va e vieni lungo la nostra linea di vista. Combinando le osservazioni dell’Osservatorio W. M. Keck e dell’InfraRed Telescope Facility della NASA alle Hawaii e dell’European Southern Observatory in Cile, il team ha concluso che l’AU Mic b ha una massa inferiore a 58 Terre.

Questa scoperta mostra il potere di TESS di fornire nuove intuizioni su stelle ben studiate come AU Mic, dove altri pianeti potrebbero essere in attesa di essere trovati.

“C’è un ulteriore evento di transito candidato visto nei dati TESS, e TESS si spera che TESS rivisiterà l’AU Mic più avanti nel corso di quest’anno nella sua missione estesa”, ha detto Plavchan. “Stiamo continuando a monitorare la stella con precise misure di velocità radiale, quindi rimanete sintonizzati”.

Per decenni, l’AU Mic ha incuriosito gli astronomi come possibile casa per i pianeti grazie alla sua vicinanza, alla sua gioventù e al disco di detriti luminosi. Ora che TESS e Spitzer ne hanno trovato uno, la storia si chiude il cerchio. AU Mic è un sistema di pietre di paragone, un vicino laboratorio per capire la formazione e l’evoluzione delle stelle e dei pianeti che saranno studiati per i decenni a venire.

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