A trent’anni dalla scoperta dei primi esopianeti, ci sono ancora molte questioni in sospeso

Sebbene la ricerca sugli esopianeti sia esplosa negli ultimi decenni, trent’anni dopo la scoperta dei primi esopianeti, gli astronomi devono concludere che c’è ancora molto che non sappiamo.

Esopianeta scoperto: non siamo più sorpresi. Era molto diverso trent’anni fa, quando gli astronomi annunciarono il 22 gennaio 1992 di aver scoperto per la prima volta alcuni pianeti al di fuori del nostro sistema solare. “È stato rivoluzionario”, afferma Michel Meen, astronomo e ricercatore di esopianeti presso l’Istituto olandese per la ricerca spaziale (SRON). Fino a quel momento, conoscevamo solo i pianeti del nostro sistema solare. E c’erano astronomi che sospettavano che ci fossero pianeti in orbita anche con altre stelle, ma non lo sapevamo per certo”.

Pianeti attorno a una stella morta
Fino al 1992. Perché allora gli astronomi polacchi Alexander Wolsztzan e Maciej Konaki scoprirono due esopianeti: PSR B1257 + 12 c (Poltergeist) e PSR B1257 + 12 d (Phobetor). “E quelli sono stati immediatamente campioni molto strani, perché questi due pianeti orbitano attorno a una pulsar, che in realtà è una stella morta”. E con ciò, quei primi pianeti erano piuttosto alieni; Il sistema di cui facevano parte, e di cui un terzo pianeta è stato scoperto nel 1994, non assomigliava per niente al nostro antico sistema solare familiare.

Hetty Giove
La scoperta di 51 Pegasi b nel 1995 era un po’ più familiare. “Questo è stato il primo esopianeta trovato attorno a una stella simile al Sole”. Ma la somiglianza con i pianeti del nostro sistema solare è finita immediatamente, perché non abbiamo mai visto niente di simile a 51 Pegasi b. “Il pianeta impiega solo quattro giorni per orbitare attorno alla stella e ha una massa all’incirca la metà di quella di Giove”, ha detto Min. Questo lo rende uno dei gioviani caldi: i giganti gassosi – a differenza dei giganti gassosi che conosciamo dal nostro sistema solare – sono molto vicini alla loro stella. “Nessuno si aspettava che esistesse, perché non sappiamo niente di simile nel nostro sistema solare”.

Una vasta gamma di pianeti
Queste prime scoperte nascenti indicano che c’è più di quanto pensassimo possibile in base a ciò che vediamo nel nostro sistema solare. Negli anni seguenti, questa ipotesi è stata ampiamente dimostrata. Migliaia di esopianeti (candidati) saranno scoperti entro pochi decenni. E ci sono molti uccelli esotici tra loro come i gioviani caldi per esempio. Ma anche la cosiddetta super-Terra o mini-Nettuno. “Ci si aspettava che i pianeti grandi e piccoli esistessero al di fuori del nostro sistema solare, proprio come ce ne sono al suo interno”, afferma Main. “Ma ora si scopre che la Terra gigante è il pianeta più comune. È straordinario che non conosciamo questa scala nel nostro sistema solare. “Oltre ai pianeti alieni, ci sono anche sistemi alieni. “Ad esempio, i sistemi planetari che sono molto piccoli e in cui la stella e i pianeti genitori sono molto vicini l’uno all’altro”. L’esempio di gran lunga più famoso di questo è TRAPPIST-1, che contiene non meno di 7 pianeti e si inserisce perfettamente nell’orbita di Mercurio. “Indica che la natura sta facendo tutto il possibile”, afferma Main, parlando dell’ampia gamma di esopianeti e sistemi planetari scoperti finora.

TRAPPIST-1 ha sette pianeti simili alla Terra. L’intero sistema si inserisce nell’orbita di Mercurio (il pianeta più interno del nostro sistema solare) ed è quindi molto compatto. Immagini: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC).

Un sacco di pianeti
Almeno tanto sorprendente quanto la scoperta che i pianeti hanno più forme e dimensioni di quanto pensassimo possibile, è il fatto che gli esopianeti vengono scoperti un po’ ovunque. “E’ stato davvero sorprendente”, dice Main. “E ora sappiamo che ci sono più pianeti nella nostra Via Lattea che stelle. È fantastico ed eccitante. Ciò significa che quando guardi una stella, puoi essere quasi certo che anche uno o più pianeti orbitano attorno ad essa”.

Esplode
È davvero meraviglioso. E anche gli astronomi dal 1992 non ne hanno mai abbastanza. “La ricerca sugli esopianeti è davvero esplosa. È diventato un campo a tutti gli effetti che comporta un’enorme quantità di denaro”. All’inizio di questo secolo, la NASA ha costruito un cacciatore di pianeti Kepler da quasi 600 milioni di dollari, che ha scoperto migliaia di pianeti (nominati) tra il 2009 e il 2018 ed è stato seguito da un TESS da 200 milioni di dollari, che ora contiene anche diversi esopianeti attorno alle stelle vicine. Mentre l’attenzione era rivolta alla scoperta di esopianeti, ora si sta gradualmente spostando sull’investigarli più da vicino. Ad esempio, l’Agenzia spaziale europea e la NASA stanno lavorando a telescopi spaziali sviluppati appositamente per studiare le dimensioni, la composizione e l’atmosfera degli esopianeti già scoperti. “Esso fiorire Disciplina. “La nostra comprensione degli esopianeti dovrebbe espandersi notevolmente nei prossimi decenni. Il Maine prevede: “Se il ventesimo secolo è il secolo della cosmologia, questo sarà il secolo di un esopianeta”.

Qui puoi vedere la curva di luce di una stella in orbita attorno a un pianeta. Nel momento in cui il pianeta si sposta davanti alla stella madre, si verifica un calo della luce della stella. Foto: NASA Ames.

Ovviamente, c’è ancora molto da scoprire. Perché sappiamo molto poco delle migliaia di esopianeti (candidati) che sono stati scoperti finora. La sua esistenza è solitamente dedotta dai cali regolari nella luce della sua stella madre, causati dai pianeti che si muovono davanti a quella stella, come abbiamo visto. Oltre ad essere presenti, questi cali nella curva di luce di solito rivelano anche il tempo orbitale, la dimensione e quindi anche il suo tipo (roccioso o meno). E nel caso dei gioviani caldi, potrebbe essere possibile rilevare l’atmosfera durante una tale transizione attraverso la quale la luce fuoriesce dalla stella madre. E a volte, grazie alla luce filtrata dall’atmosfera, possiamo dire di più sulla composizione dell’atmosfera di un tale gigante gassoso. Ma nella maggior parte dei casi, la regressione rimane alquanto ambigua in una curva di luce costante. Questo rende infinita curiosità. Perché cosa dovremo affrontare se diamo un’occhiata più da vicino a quegli esopianeti? Proprio come nel nostro sistema solare, dove Marte è molto diverso da Venere e non può competere con Mercurio sulla Terra, possiamo concludere che un pianeta roccioso non è come l’altro? Vedremo sistemi ad anello attorno ad alcuni pianeti? o eluune? Ci sono ancora molte domande.

Vita extraterrestre
Ciò significa che trent’anni dopo la scoperta dei primi esopianeti, c’è ancora molto da aspettarsi. Ci sono altre scoperte in arrivo che siano almeno altrettanto sorprendenti di quelle dei primi esopianeti? Indubbiamente, secondo Maine. Sta pensando, ad esempio, di scoprire i primi biomarcatori. “Particelle nell’atmosfera degli esopianeti che possono indicare attività biologica”. In altre parole: un’indicazione dell’esistenza di vita extraterrestre. Per molto tempo, tale ricerca è stata una proposta lontana, ma le cose stanno cambiando. Il James Webb Space Telescope, lanciato a dicembre, dovrebbe già essere in grado di esplorare le atmosfere di grandi pianeti. “E il suo successore – LUVOIR – dovrebbe essere in grado di fare lo stesso per i pianeti simili alla Terra”. Questo telescopio spaziale dovrebbe cercare specificamente un gruppo di particelle che normalmente non ti aspetteresti di trovare insieme. “Se guardiamo alla vita qui sulla Terra, in realtà interrompe costantemente l’equilibrio chimico”, spiega Maine. Dopotutto, gli organismi viventi rimuovono i gas dall’atmosfera (come l’anidride carbonica) e introducono altri gas (come l’ossigeno) nell’atmosfera. Così la nostra atmosfera chimicamente squilibrata testimonia la nostra esistenza. Non sembra inconcepibile che le atmosfere degli esopianeti rivelino l’esistenza di esseri viventi in questo modo. “Quindi gli astrobiologi stanno cercando un buon indicatore di squilibrio chimico e questa ricerca è molto promettente”. Se gli alieni cambiano chimicamente la loro atmosfera da qualche parte, il Maine è piuttosto ottimista sul fatto che troveremo le loro tracce da qualche parte nei prossimi decenni.

“Abbiamo dovuto correggere le nostre teorie scoprendo esopianeti e ancora non capiamo tutto”

Il sistema solare è come
Sarebbe rivoluzionario. Ma quando si tratta di ricerca sugli esopianeti, sono possibili scoperte ancora più eccitanti, sottolinea il Maine. “Ad esempio, trovare una versione del sistema solare – con pianeti piccoli nella parte più interna e pianeti grandi sul bordo esterno – sarebbe anche una scoperta che mi scalda davvero. Anche con l’obiettivo di cercare la vita. Perché è credeva che Giove fosse anche molto importante per l’equilibrio del nostro pianeta.” E se è così, l’emergere della vita altrove potrebbe richiedere non solo un pianeta simile alla Terra, ma anche pianeti più grandi”. Inoltre, il Maine spera anche che le enormi lacune che sono apparse nelle nostre teorie sulla formazione dei pianeti dalla scoperta dei primi esopianeti possano essere gradualmente colmate. “Abbiamo dovuto correggere le nostre teorie scoprendo esopianeti e ancora non capiamo tutto”.

Molti degli esopianeti scoperti finora si trovano a grandi distanze dalla Terra. Ma ogni tanto viene scoperto un esopianeta vicino a casa. Il più vicino è Proxima Centauri b, a circa 4 anni luce di distanza e raffigurato nell’impronta di questo artista. Foto: ESO/M. Kornmesser.

Ciò che non aiuta, ovviamente, è che finora abbiamo rilevato solo una frazione degli esopianeti nella nostra Via Lattea. Inoltre, a causa della tecnologia di rilevamento più comune – il metodo del transito – dobbiamo anche fare i conti con un enorme punto cieco, il che significa che ora possiamo rilevare facilmente grandi pianeti con un breve periodo orbitale. “Usando il metodo del transito, stai cercando cali di luce della stella, dovuti a un pianeta che si muove davanti alla stella”. Per assicurarsi che il calo di luminosità avvenga regolarmente e sia causato da un pianeta, gli astronomi vogliono vedere quel calo almeno tre volte. Con i gioviani caldi in orbita attorno alla loro stella in pochi giorni, questo non è un problema; Basta guardarli brevemente per vederli muoversi tre volte davanti alla stella. “Ma immagina un pianeta, come la Terra, che impiega un anno per orbitare attorno alla sua stella madre, per dimostrarne l’esistenza, devi osservare la luce della sua stella madre per tre anni!” Inoltre, il metodo di transito richiede che l’osservatore (ad esempio un telescopio spaziale), il pianeta da rilevare e la stella madre siano approssimativamente collegati, altrimenti il ​​pianeta non passerà davanti alla stella madre vista dall’osservatore. “A questo proposito, più un pianeta è vicino alla sua stella madre, più è probabile che si muova davanti alla stella. Le probabilità di vedere un pianeta simile alla Terra delle dimensioni del nostro pianeta e così lontano dal suo genitore stella come il nostro pianeta che si muove davanti alla sua stella madre è solo lo 0,5 percento. Ciò significa che per ogni pianeta simile alla Terra che scopriamo in questo momento, stiamo perdendo circa 200 pianeti. ” La speranza è che molti dei pianeti che non vediamo ora vengano scoperti nel prossimo futuro con l’aiuto di satelliti migliori e più pazienti che fissano più a lungo. Ma anche se avessimo questi strumenti, potrebbero volerci decenni prima di ottenere un quadro rappresentativo dei circa 100-400 miliardi (!) di esopianeti che vivono nella nostra Via Lattea.

Al momento, il contatore è di 4.905 esopianeti ufficialmente scoperti. Conduce il Maine 30 anni dopo la scoperta dei primi esopianeti a una conclusione realistica ed emozionante. “C’è ancora molto che non abbiamo visto.”