I segreti dell’esopianeta Tau Boötis b svelati dal VLT

Il pianeta Tau Boötis b è un esopianeta o pianeta extrasolare. Orbita attorno alla stella omonima Tau Boötis, da cui prende il nome.
Come molti altri esopianeti, questo non transita davanti alla sua stella madre, come è successo recentemente con Venere e il nostro Sole, e perciò lo studio delle caratteristiche dell’atmosfera era piuttosto problematico.
Ma ora gli astronomi, osservando il pianeta con il VLT (Very Large Telescope) dell’ESO sono riusciti con un ingegnoso metodo a dedurne le caratteristiche dell’atmosfera fra cui il fatto che la temperatura dell’atmosfera di questo pianeta diminuisce con l’aumentare dell’altezza. Questo fatto è esattamente il contrario di ciò che accade a pianeti simili, in cui la temperatura dell’atmosfera aumenta con l’aumentare dell’altezza.

I risultati di questa scoperta saranno pubblicati oggi sulla rivista Nature. La scoperta è di grande valore anche perchè gli astronomi lavoravano al problema ormai da più di 15 anni.

Il pianeta Tau Boötis b è stato scoperto nel 1996 ed è stato uno dei primi esopianeti di cui abbbiamo avuto conoscenza. E’ anche l’esopianeta più vicino a noi. Ma, anche se la sua stella madre è ben visibile anche a occhio nudo, il pianeta non lo è affatto, tanto che finora è stato individuato solo grazie agli effetti gravitazionali che esercita sulla stella. Tau Boötis b è un grande pianeta gioviano caldo, noto anche come “Giove caldo” che orbita molto vicino alla stella madre.

Il transito di un pianeta davanti alla sua stella è molto importante perchè quando ciò avviene il pianeta imprime le “orme” della propria atmosfera sulla luce della stella. Poichè la luce della stella non attraversa l’atmosfera di Tau Boötis b prima di giungere a noi, non abbiamo finora potuto studiare l’atmosfera del pianeta.

In questa ricerca l’equipe ha utilizzato lo spettrometro CRIRES montato sul VLT (Very Large Telescope) all’Osservatorio dell’ESO al Paranal in Cile. Hanno combinato osservazioni di alta qualità in infrarosso (a lunghezze d’onda vicino ai 2,3 micron) con un abile trucco per separare il debole segnale del pianeta da quello molto più forte prodotto dalla stella madre. Così sono riusciti a stabilire nel dettaglio le caratteristiche dell’atmosfera del pianeta e la sua massa.

L’autore principale dello studio, Matteo Brogi (Osservatorio di Leiden, Olanda), spiega: “Grazie alle osservazioni di qualità superba fornite dal VLT e da CRIRES siamo stati in grado di studiare lo spettro del sistema in un dettaglio mai raggiunto finora. Solo lo 0.01% della luce che riceviamo proviene dal pianeta, mentre il resto è dovuto alla stella. L’impresa non era facile!”.

La maggioranza dei pianeti in orbita intorno ad altre stelle sono stati scoperti grazie all’effetto gravitazionale esercitato sulla stella madre, cosa che limita l’informazione che può essere derivata sulla loro massa: si può calcolare solo un limite inferiore alla massa del pianeta. Questa nuova tecnica pionieristica è molto più potente: osservando direttamente la luce del pianeta permette agli astronomi di misurare l’angolo di inclinazione del piano dell’orbita del pianeta e quindi di calcolare la massa del pianeta. Tracciando i cambiamenti del moto del pianeta durante l’orbita, l’equipe ha misurato per la prima volta in modo affidabile che Tau Boötis b orbita intorno alla stella madre con un angolo di 44 gradi e ha una massa pari a sei volte quella di Giove nel nostro Sistema Solare.

“Le nuove osservazioni del VLT risolvono dopo 15 anni il problema della massa di Tau Boötis b. E la nuova tecnica ci permette di studiare anche l’atmosfera di altri esopianeti che non transitano di fronte alla propria stella madre, così come di misurarne accuratamente la massa, cosa che era finora impossibile”, dice Ignas Snellen (Osservatorio di Leiden, Olanda), coautore dell’articolo. “Questo è un grande passo avanti”.

Oltre a rivelare l’atmosfera e misurare la massa di Tau Boötis b, l’equipe ha saggiato l’atmosfera e misurato il tasso di monossido di carbonio, così come la temperatura a diverse altezze per mezzo del confronto delle osservazioni con un modello teorico. Un risultato sorprendente di questo lavoro è che le nuove osservazioni indicano un’atmosfera con una temperatura che decresce con l’altezza. Questo è esattamente l’opposto dell’inversione termica – un aumento della temperatura con l’altezza – osservata per altri esopianeti gioviani caldi.

Le osservazioni del VLT mostrano che la spettroscopia da terra ad alta risoluzione è uno strumento prezioso per l’analisi dettagliata dell’atmosfera degli esopianeti che non transitano di fronte alla stella. La rilevazione di molecole diverse in futuro permetterà agli astronomi di capire meglio le condizioni atmosferiche dei pianeti in esame. Effettuando misure lungo l’orbita del pianeta, gli astronomi potranno anche seguire l’andamento dei cambiamenti atmosferici tra mattino e sera.

“Questo studio mostra il potenziale enorme dei telescopi da terra attuali e futuri, come l’E-ELT. Forse un giorno potremo trovare in questo modo le prove della presenza di attività biologica su pianeti simili alla Terra”, conclude Ignas Snellen.