Un rendering d’artista di Proxima Centauri visto dalla porzione “ad anello” del mondo, Proxima b…. La stella che questo pianeta circonda sarebbe oltre 3 volte il diametro e 10 volte la superficie che occupa il nostro Sole. Alpha Centauri A e B (mostrato) sarebbero visibili durante il giorno. È completamente sconosciuto se ci sono pianeti intorno ad Alpha Centauri A o B in questo momento.
ESO/M. Kornmesser
Ogni stella che riempie il cielo notturno porta con sé una delle più grandi speranze e paure che l’umanità si sia mai posta: la possibilità che non siamo soli nell’Universo. Una generazione fa, ogni stella era considerata un punto luminoso di speranza, ma non avevamo idea se i pianeti fossero comuni o rari, e se il nostro sistema solare fosse un esempio tipico di ciò che c’era là fuori o uno di un’enorme varietà di possibilità. A partire dal 2018, ci sono migliaia di pianeti confermati che orbitano intorno ad altre stelle, rilevati attraverso una moltitudine di metodi e che mostrano un’enorme diversità di dimensioni, masse e proprietà orbitali. Ora si pensa che almeno l’80% di tutte le stelle abbiano compagni planetari, e che quasi tutte abbiano molti mondi nei loro sistemi solari.
Inclusa la stella più vicina a noi: Proxima Centauri.
Una parte del sondaggio digitalizzato del cielo con la stella più vicina al nostro Sole, Proxima Centauri, mostrata in… rosso al centro. Mentre le stelle simili al sole come la nostra sono considerate comuni, in realtà siamo più massicci del 95% delle stelle nell’Universo, con ben 3 stelle su 4 nella classe delle ‘nane rosse’ di Proxima Centauri.
David Malin, UK Schmidt Telescope, DSS, AAO
Il satellite Kepler ha scoperto la maggior parte dei candidati planetari intorno alle stelle oltre il nostro Sole. Il modo in cui opera è attraverso qualcosa conosciuto come il metodo del transito. Quando un pianeta, in orbita attorno alla sua stella, passa tra la linea di vista che collega la Terra a quella stella, una piccola frazione di quella luce viene bloccata. Mentre il pianeta scivola sul disco della stella e poi fuori, vedremo il flusso iniziare a diminuire, rimanere ad un livello basso e costante, e poi aumentare di nuovo fino al suo valore originale.
Con abbastanza transiti di un singolo pianeta, possiamo determinare il suo periodo orbitale, il suo raggio rispetto al raggio della stella madre, e la quantità di radiazione che colpisce la sua superficie. Il metodo dei transiti è potente, ma non ti dice tutto.
I dati ottenuti per le profondità di transito di ognuno dei sette pianeti intorno a TRAPPIST-1. Dati presi … con il telescopio spaziale Spitzer. Questo ci permette di dedurre la dimensione e il periodo orbitale del pianeta, ma non altre proprietà come la massa o la temperatura.
ESO/M. Gillon et al.
Una delle cose che non rivela, però, è la massa del pianeta. Se si sostituisse istantaneamente la Terra con un pianeta delle stesse dimensioni, ma con il doppio (o la metà) della massa, la sua orbita rimarrebbe invariata. Avrebbe la stessa identica firma di transito: lo stesso periodo, la stessa frequenza, lo stesso profilo, e bloccherebbe la stessa quantità di luce.
Ma c’è un metodo che potrebbe rivelare la massa del pianeta: osservare la stella che sta orbitando per piccole variazioni. Il metodo dell’oscillazione stellare usa la terza legge di Newton – che ogni azione ha una reazione uguale e contraria – per dedurre il tiro gravitazionale del pianeta sulla stella. Mentre la stella si muove verso e lontano da noi, periodicamente, a causa di questa attrazione gravitazionale, la massa e l’orbita del pianeta possono essere ricavate.
In teoria, possiamo usare entrambi i metodi su un dato sistema stellare, determinando massa, raggio e periodo orbitale tutti insieme. Con i progressi futuri, potrebbe essere possibile osservare la luce solare filtrata o riflessa dal pianeta per conoscere la sua composizione atmosferica, permettendoci di dedurre la presenza di acqua, ossigeno e forse anche di vita.
Con osservatori proposti come WFIRST, LUVOIR e un potenziale starshade, la capacità di caratterizzare completamente un pianeta di un sistema solare diverso dal nostro potrebbe presto trovarsi alla nostra portata. Questo concetto… il disegno illustra un telescopio che utilizza un paralume stellare, consentendoci di visualizzare i pianeti che orbitano intorno a una stella mentre bloccano la luce della stella a meglio di una parte su 10 miliardi.
NASA e Northrop Grumman
Ma la maggior parte dei pianeti non hanno gli allineamenti serendipiti su cui si basa il metodo del transito. Se guardassimo il nostro sistema solare da un’altra posizione casuale nello spazio, ci sarebbe solo l’1% di possibilità che Mercurio, il pianeta più vicino al Sole, abbia la geometria giusta per osservare un transito, e gli altri pianeti hanno ancora meno probabilità. Come per tutte le cose, sono le nostre capacità tecnologiche che limitano, in parte, ciò che possiamo imparare sull’Universo.
Ma un allineamento serendipitoso non è necessario per usare il metodo dell’oscillazione stellare (o della velocità radiale); tutto ciò che serve è osservare attentamente la stella nel tempo, e cercare piccole variazioni periodiche nel suo redshift e blueshift. Trovate la periodicità, e potrete dedurre sia il periodo che la massa del pianeta che le orbita intorno.
Il metodo della velocità radiale (o oscillazione stellare) per trovare esopianeti si basa sulla misurazione del moto…. della stella madre, causato dall’influenza gravitazionale dei suoi pianeti orbitanti.
Bene, si può trovare il periodo, in ogni caso. Trovare la massa è più impegnativo, perché possiamo misurare il moto della stella solo lungo la nostra linea di vista: nella direzione avanti-indietro. Non possiamo misurare il moto della stella perpendicolarmente alla linea di vista: nelle direzioni trasversali (da un lato all’altro o su e giù).
Quindi quello che possiamo dire, quando misuriamo una stella che oscilla, è che ha un pianeta con un periodo specifico (il che significa che possiamo determinare abbastanza bene la distanza orbitale) che ha una massa di almeno una quantità specifica. Se il pianeta orbita quasi di taglio rispetto alla linea di vista della stella Terra, allora la sua massa è vicina al valore minimo di massa. Ma se il pianeta è più inclinato, come a 20°, 40° o 80°, la massa può essere ovunque da poco a molto, molto più alta.
Ora veniamo a Proxima Centauri: la stella più vicina al nostro Sole. L’abbiamo osservata attentamente sia per la velocità radiale che per le imperfezioni di transito, cercando qualsiasi segno di un pianeta intorno ad essa. Proxima Centauri è una piccola stella nana rossa di bassa massa, che emette appena lo 0,17% della radiazione del Sole. Ci sono molti modi in cui la stella è diversa dalla nostra: è più piccola, più fredda, si infiamma molto più spesso, e il fatto che vivrà non per miliardi di anni, come il nostro Sole, ma per trilioni.
Proxima Centauri fa anche parte di un sistema trinario, in cui le due componenti principali, Alpha Centauri A e B, sono più o meno grandi come il Sole e orbitano l’una attorno all’altra relativamente vicine, ma Proxima Centauri ha una massa molto più bassa, è più fredda e più lontana.
Le stelle Alpha Centauri (in alto a sinistra), comprese A e B, fanno parte dello stesso sistema stellare trinario di… Proxima Centauri (cerchiata). Beta Centauri, luminosa quasi quanto Alpha Centauri, è centinaia di volte più lontana, ma intrinsecamente molto più luminosa.
Wikimedia Commons user Skatebiker
Quando osserviamo Proxima Centauri, non vediamo alcuna prova di un mondo in transito, ed eventuali pianeti che sono lì sono troppo fiochi per essere visti con l’imaging diretto e la nostra tecnologia attuale. Ma vediamo le firme, dalla velocità radiale, di un singolo, massiccio mondo che orbita intorno ad essa. Dalle osservazioni che abbiamo fatto, possiamo determinare le seguenti proprietà di questo pianeta, ora conosciuto come Proxima b:
- Ha un periodo orbitale di 11,2 giorni.
- La quantità di luce stellare che riceve da Proxima Centauri (65% di quella che riceviamo qui) dovrebbe dargli temperature simili a quelle della Terra se ha un’atmosfera simile a quella terrestre.
- Ha una massa minima che è il 130% della massa della Terra: appena un po’ più massiccio del nostro pianeta.
Ci potrebbero essere anche altri pianeti presenti, sia di massa inferiore e/o con periodi orbitali molto più lunghi, ai quali le nostre osservazioni non sono ancora sensibili. Ma questo, almeno, è reale.
Un rendering d’artista di un esopianeta potenzialmente abitabile che orbita intorno a una stella lontana. Ma potremmo non… dover trovare un mondo simile alla Terra per trovare la vita; pianeti molto diversi intorno a stelle molto diverse potrebbero sorprenderci in molti modi. In ogni caso, servono più informazioni.
NASA Ames/JPL-Caltech
Ma com’è? È simile alla Terra? Ci sono molti modi in cui sappiamo che deve differire dal nostro pianeta Terra, tra cui:
- deve essere bloccato tidalmente alla sua stella, dove la stessa faccia è sempre rivolta verso la stella e la stessa faccia è sempre rivolta altrove,
- avrà tre zone climatiche: una ultra-calda dove c’è sempre il sole, una ultra-fredda dove c’è sempre la notte, e una di confine dove c’è sempre il tramonto/l’alba,
- e le eruzioni solari provenienti dalla stella saranno potenzialmente un pericolo per la distruzione dell’atmosfera.
Possiamo, naturalmente, inventare scenari in cui il pianeta si aggrappa o riempie la sua atmosfera, e ha condizioni favorevoli alla vita. Ma questo non è altro che un pio desiderio.
Un brillamento solare di classe X è scoppiato dalla superficie del Sole nel 2012. Intorno a stelle nane rosse come Proxima… Centauri, tuttavia, i brillamenti sono molto più comuni, ponendo il pericolo di strappare l’atmosfera a qualsiasi pianeta potenzialmente abitabile.
NASA/Solar Dynamics Observatory (SDO) via Getty Images
In realtà, non sappiamo nemmeno se questo pianeta è simile alla Terra o a Nettuno. Il confine tipico tra un mondo simile alla Terra, dove si ha una superficie rocciosa con una sottile atmosfera, e un mondo simile a Nettuno, dove si ha un grande involucro di gas che circonda il mondo, è di circa 2 masse terrestri. Proxima b ha una massa minima di circa 1,3 masse terrestri, ma questo se l’allineamento è perfettamente a bordo. Poiché non c’è transito, sappiamo che l’allineamento non può essere esattamente perfetto, ma quanto è imperfetto? Questo è gloriosamente sconosciuto.
Se l’allineamento è inclinato a più di circa 25° dalla nostra linea di vista, è probabile che sia un mondo gassoso, non roccioso, simile alla Terra. Ma a questo punto, senza ulteriori informazioni, non possiamo saperlo.
Se volessimo essere il più precisi possibile, diremmo che c’è un pianeta, con un periodo orbitale di 11,2 giorni, che orbita intorno alla stella più vicina a noi: Proxima Centauri. Riceve il 65% dell’energia solare che riceve la Terra e ha una massa minima del 130% della massa della Terra. Questo è quanto. Questo è tutto ciò che sappiamo con certezza. Se volessimo speculare, potremmo discutere tutte le ragioni per cui Proxima b è probabile che sia inospitale per la vita, quali sfide (eruzioni solari, mantenere la sua atmosfera, probabilmente un mondo gassoso, ecc) questo pianeta deve affrontare se vuole raggiungere l’abitabilità, e cosa dovremmo misurare per saperlo con certezza. Finché non avremo dati migliori e più completi su questo mondo, tutto ciò che sappiamo è il suo periodo, l’energia che riceve e la sua massa minima. L’era dell’astronomia degli esopianeti è alle porte, ma per molti versi è ancora agli inizi. Chiediti le possibilità e sentiti libero di speculare su ciò che potrebbe esserci là fuori, ma non confondere mai le tue speranze con ciò che è effettivamente probabile. L’unico modo per saperlo con certezza è costruire gli strumenti e gli osservatori giusti, e prendere i dati critici. L’unico modo per sapere cosa c’è là fuori, con certezza, è scoprirlo da soli.