L’esopianeta Ross 508 b potrebbe essere abitabile


Diagramma schematico del sistema planetario appena scoperto intorno a Ross 508. La regione verde rappresenta la zona abitabile (HZ), dove può esistere acqua liquida sulla superficie planetaria. L’orbita del pianeta è rappresentata da una linea blu. Si stima che per più di metà della sua orbita il pianeta si trovi più vicino alla HZ (linea solida) e all’interno della HZ (linea tratteggiata) per il resto dell’orbita.

Il primo esopianeta scoperto dal Subaru Strategic Program utilizzando lo spettrografo infrarosso IRD del Telescopio Subaru (IRD-SSP). Questo pianeta, Ross 508b, è una super-Terra con una massa circa quattro volte superiore a quella della Terra e si trova vicino alla zona abitabile. Un pianeta di questo tipo potrebbe essere in grado di trattenere acqua sulla sua superficie e sarà un obiettivo importante per le osservazioni future per verificare la possibilità di vita intorno a stelle di bassa massa.

La ricerca sugli esopianeti, che ha fatto grandi progressi negli ultimi anni dopo la scoperta di un pianeta gigante intorno a una stella simile al nostro sole, si sta ora concentrando sulle nane rosse, che hanno una massa inferiore a quella del nostro sole. Le nane rosse, che costituiscono i tre quarti delle stelle della nostra galassia ed esistono in gran numero nei dintorni del nostro sistema solare, sono obiettivi eccellenti per trovare esopianeti nelle nostre vicinanze.

La scoperta di questi esopianeti vicini, con osservazioni dettagliate delle loro atmosfere e degli strati superficiali, ci permetterà di discutere la presenza o l’assenza di vita in ambienti molto diversi da quelli del nostro sistema solare.

Tuttavia, le nane rosse sono molto deboli nella luce visibile a causa della loro bassa temperatura superficiale, inferiore a 4.000 gradi. Le precedenti ricerche di pianeti con spettrometri a luce visibile hanno scoperto solo pochi pianeti intorno a nane rosse molto vicine, come Proxima Centauri b. In particolare, le nane rosse con temperature superficiali inferiori a 3.000 gradi (nane rosse di tipo tardo) non sono state oggetto di ricerche sistematiche di pianeti. Il metodo del transito, che rileva le variazioni di luminosità stellare quando un pianeta passa davanti a una stella, non richiede un numero di fotoni pari a quello del metodo Doppler spettroscopico, per cui la ricerca di pianeti intorno alle nane rosse con il metodo del transito è progredita negli ultimi anni. Le ricerche di pianeti in transito con TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) possono individuare pianeti terrestri intorno a nane rosse relativamente pesanti (nane rosse di primo tipo).

Sebbene le nane rosse siano obiettivi importanti per lo studio della vita nell’Universo, sono difficili da osservare perché troppo deboli nella luce visibile. Per risolvere le difficoltà legate alle osservazioni spettroscopiche delle nane rosse, si attende da tempo una ricerca planetaria con uno spettrografo di alta precisione nell’infrarosso, dove le nane rosse sono relativamente luminose. Ad esempio, la luminosità del Sole visto da 30 anni luce di distanza è di quinta magnitudine nella luce visibile e di terza magnitudine nella luce infrarossa. D’altra parte, le nane rosse di tardo tipo più luminose sono molto deboli nella luce visibile, con 19 magnitudini, ma relativamente luminose nell’infrarosso, con 11 magnitudini.

L’Astrobiology Center in Giappone ha sviluppato con successo IRD (InfraRed Doppler instrument), il primo spettrografo infrarosso di alta precisione al mondo per telescopi di classe 8 metri. L’IRD, montato sul telescopio Subaru, è in grado di rilevare minime oscillazioni nella velocità di una stella, circa la velocità di una persona che cammina.

Il metodo del transito può rilevare solo i pianeti le cui orbite si trovano lungo la linea di vista, mentre il metodo Doppler può rilevare i pianeti indipendentemente dal loro orientamento rispetto al piano celeste. È un metodo importante anche perché può determinare la “massa” di un pianeta.

Il programma strategico IRD Subaru (IRD-SSP) per la ricerca di pianeti intorno alle nane rosse di tipo tardo è iniziato nel 2019. Si tratta della prima ricerca sistematica di pianeti attorno a nane rosse di tipo tardo ed è un progetto internazionale che coinvolge circa 100 ricercatori. Durante i primi due anni, sono state condotte osservazioni di screening per trovare nane rosse “stabili” con un basso rumore, dove è possibile rilevare anche piccoli pianeti. Le nane rosse hanno un’elevata attività superficiale, come i brillamenti, e questa attività superficiale può causare cambiamenti nella velocità della linea di vista della stella anche se non esistono pianeti. Pertanto, solo le nane rosse stabili con bassa attività superficiale sono l’obiettivo della ricerca di piccoli pianeti simili alla Terra.

Attualmente, il progetto è in fase di osservazione intensiva di circa 50 promettenti nane rosse di tardo tipo che sono state accuratamente selezionate attraverso lo screening.

Variazione periodica della velocità in linea di vista della stella Ross 508 osservata da IRD. Essa è racchiusa nel periodo orbitale del pianeta Ross 508b (10,77 giorni). La variazione della velocità della linea di vista di Ross 508 è inferiore a 4 metri al secondo, indicando che IRD ha catturato un’oscillazione molto piccola, più lenta di quella di una persona che corre. La curva rossa è il miglior adattamento alle osservazioni e la sua deviazione da una curva sinusoidale indica che l’orbita del pianeta è molto probabilmente ellittica.

Il primo esopianeta scoperto dall’IRD-SSP si trova a circa 37 anni luce dalla Terra, attorno a una stella nana rossa chiamata Ross 508, che ha una massa pari a un quinto di quella del Sole. Si tratta del primo esopianeta scoperto da una ricerca sistematica con uno spettrometro a infrarossi.

Per confermare che l’oscillazione periodica di Ross 508 è effettivamente dovuta a un pianeta, il team dell’IRD-SSP ha identificato diversi indicatori di attività stellare che potrebbero produrre un falso positivo di un pianeta (ad esempio, cambiamenti nella luminosità stellare e nella forma di alcune linee di emissione) e ha dimostrato che il periodo di questi indicatori è nettamente diverso dal periodo planetario osservato. Si tratta di un compito più difficile rispetto all’utilizzo del metodo Doppler per confermare i candidati pianeti segnalati in precedenza con il metodo del transito, ma è un metodo essenziale per individuare i pianeti non in transito.

Questo pianeta, Ross 508b, ha una massa minima di circa quattro volte quella della Terra. La sua distanza media dalla stella centrale è 0,05 volte la distanza Terra-Sole e si trova al limite interno della zona abitabile. È interessante notare che il pianeta ha probabilmente un’orbita ellittica, nel qual caso attraverserebbe la zona abitabile con un periodo orbitale di circa 11 giorni.

I pianeti nella zona abitabile potrebbero trattenere acqua sulla loro superficie e potrebbero ospitare la vita. Ross 508b sarà un obiettivo importante per le osservazioni future, per verificare la possibilità di abitabilità dei pianeti intorno alle nane rosse. Sono importanti anche le osservazioni spettroscopiche delle molecole e degli atomi presenti nell’atmosfera planetaria, mentre gli attuali telescopi non sono in grado di fotografare direttamente il pianeta a causa della sua vicinanza alla stella centrale. In futuro, sarà uno degli obiettivi della ricerca della vita da parte dei telescopi di classe 30 metri.

Finora sono noti solo tre pianeti che orbitano attorno a stelle di massa così bassa, tra cui Proxima Centauri b.

L’IRD-SSP dovrebbe continuare a scoprire nuovi pianeti.

Ross 508b è il primo rilevamento di successo di una super-Terra utilizzando solo la spettroscopia nel vicino infrarosso. In precedenza, per l’individuazione di pianeti di bassa massa come le super-Terre, le sole osservazioni nel vicino infrarosso non erano sufficientemente accurate ed era necessaria una verifica con misure di velocità di linea di vista di alta precisione nella luce visibile. Questo studio dimostra che l’IRD-SSP da solo è in grado di rilevare i pianeti e dimostra chiaramente il vantaggio dell’IRD-SSP nella sua capacità di ricercare con un’elevata precisione anche le nane rosse di tipo avanzato che sono troppo deboli per essere osservate con la luce visibile“, afferma il dottor Hiroki Harakawa (NAOJ Subaru Telescope), autore principale della scoperta.

“Sono passati 14 anni dall’inizio dello sviluppo di IRD. Abbiamo continuato il nostro sviluppo e la nostra ricerca con la speranza di trovare un pianeta esattamente come Ross 508b. Questa scoperta è stata resa possibile dalle elevate prestazioni strumentali di IRD, dalla grande apertura del Telescopio Subaru e dal quadro strategico delle osservazioni che ha permesso un’acquisizione intensiva e frequente di dati. Siamo impegnati a fare nuove scoperte“, afferma il professor Bun’ei Sato (Tokyo Institute of Technology), ricercatore principale di IRD-SSP.


Per maggiori informazioni:

Harakawa et al. “A Super-Earth Orbiting Near the Inner Edge of the Habitable Zone around the M4.5-dwarf Ross 508” in Publications of the Astronomical Society of Japan.

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