Possibili errori nella stima delle dimensioni di esopianeti in sistemi binari

Esopianeti e sistemi binari (Immagine NASA/JPL-Caltech)
Esopianeti e sistemi binari (Immagine NASA/JPL-Caltech)

Un articolo in pubblicazione sulla rivista “Astronomical Journal” descrive uno studio sui possibili errori commessi nelle stime della densità degli esopianeti scoperti con il metodo del transito. Elise Furlan del Caltech/IPAC-NExScl e Steve Howell dell’Ames Research Center della NASA hanno analizzato l’effetto della presenza di una seconda stella sulla stima della densità degli esopianeti in quei sistemi concludendo che alcuni in realtà sono meno densi di quanto calcolato.

Questo problema è legato al metodo del transito utilizzato da alcuni telescopi spaziali per rilevare l’esistenza di esopianeti. Ad esempio il telescopio spaziale Kepler della NASA usa quel metodo e si tratta del cacciatore di esopianeti più importante in questa prima fase della storia dello studio di altri sistemi solari. In poco più di vent’anni di questo tipo di attività gli scienziati hanno accumulato molta esperienza ma i miglioramenti passano anche per l’individuazione e la correzione degli errori.

Nel caso specifico, il problema è che i telescopi spaziali non riescono sempre a distinguere la presenza di una o due stelle nel corso delle loro osservazioni. Se due stelle sono sufficientemente vicine perfino il telescopio spaziale Kepler le vedrà come un unico punto. Ciò potrebbe avere notevoli conseguenze sulla stima delle caratteristiche degli esopianeti rilevati in quei sistemi, un problema che potrebbe essere diffuso considerando che i sistemi binari costituiscono la norma.

I Tatooine, come sono soprannominati gli esopianeti che orbitano attorno a due stelle, costituiscono l’eccezione ma i sistemi binari possono avere esopianeti che orbitano attorno a una delle due stelle. Ci sono casi in cui la posizione delle due stelle rispetto alla Terra può ingannare il telescopio che le osserva e può succedere che solo ulteriori osservazioni effettuate con altri strumenti permettano di capire il problema.

Tutto comincia con il transito di un esopianeta di fronte alla sua stella. Quando un telescopio spaziale lo rileva, gli astronomi misurano l’apparente calo della luminosità della stella, che è direttamente proporzionale alle dimensioni del pianeta. La sua massa può essere stimata con altri metodi e a quel punto è possibile stimare la densità media del pianeta, che indica se sia roccioso o gassoso.

Se gli astronomi sanno che nel sistema osservato ci sono due stelle, tengono conto che viene misurata la loro luce combinata. Tuttavia, se un esopianeta orbita attorno a una delle due stelle provocherà un calo di luminosità solo ad essa. La conseguenza è che se gli astronomi non conoscono la presenza di un’altra stella le sue dimensioni verranno sottostimate. L’immagine illustra la questione.

Elise Furlan e Steve Howell hanno studiato 50 esopianeti in precedenza esaminati grazie alle osservazioni del telescopio spaziale Kepler dei quali erano stati stimati raggio e massa. Essi orbitano attorno a stelle che hanno una compagna a distanze non superiori a 1.700 volte quella tra la Terra e il Sole. In 43 casi le stime non hanno tenuto conto della luce emessa dalla compagna.

In realtà, in 35 casi l’errore è limitato. In 24 casi l’esopianeta orbita attorno alla più brillante delle due stelle. Ci sono però 15 casi in cui i ricercatori non sono riusciti a capire se l’esopianeta orbiti attorno alla stella meno brillante ma tra di essi ce ne sono 5 in sistemi con due stelle di brillantezza quasi uguale. Sono casi in cui l’errore nella stima delle dimensioni e quindi della densità media può essere sostanziale.

Capire con precisione le caratteristiche degli esopianeti scoperti è importante per migliorare i modelli di nascita ed evoluzione dei sistemi solari. Futuri telescopi spaziali potrebbero fornire osservazioni più precise ma gli astronomi vorrebbero scegliere almeno una parte degli obiettivi avendo già qualche certezza.

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