Le Scienze, n. 413

29 Pages·2003·13.6 MB·Italian

e
opo decenni di ricerche, speranze e sogni, negli ultimi anni gli astronomi sono finalmente riusciti a individuare pia-
IN SINTESI
-3 neti attorno ad altre stelle. Sfortunatamente, i sistemi planetari che hanno potuto intrawedere finora si sono di-
mostrati tutti deludenti, per via della loro scarsissima somiglianza con il nostro. Questo esclude presumibilmente • La scoperta di oltre un centinaio di pianeti nella Via Lattea
non ha per ora soddisfatto le speranze degli astronomi,
la possibilità che essi contengano pianeti simili alla Terra e, forse, forme di vita non troppo diverse da quelle che co-
poiché nessuno di essi presenta somiglianze con il nostro
nosciamo. In particolare, tutti questi sistemi sono caratterizzati da grandi pianeti gassosi, con masse paragonabi-
sistema solare.
li a quella di Giove, che orbitano - a eccezione di uno - molto vicino alla loro stella, nella zona dove nel sistema sola-
• I fenomeni di microlente gravitazionale, che si verificano
re si trovano i pianeti rocciosi, Terra compresa. Una configurazione simile non era stata neppure presa in conside- quando il passaggio di una stella davanti a un'altra ne altera la
razione dagli astronomi che, per questo motivo, hanno scoperto i primi pianeti extrasolari con qualche anno di ri- luminosità, potrebbero essere opportunamente sfruttati per
tardo: essi infatti applicavano il principio, in realtà privo di fondamento, secondo cui tutto quanto ci circonda è la norma. Si riteneva l'individuazione di nuovi sistemi planetari.
• Dal 1995 è attivo il programma PLANET, in cui sono coinvolti
quindi che anche negli altri sistemi planetari i pianeti giganti dovessero trovarsi a grande distanza dalle loro stelle e impiegassero
quattro telescopi dell'emisfero australe, che ha finora
tempi molto lunghi per completare un'orbita. Gli astronomi si aspettavano che occorressero alcuni anni di osservazione per indivi-
registrato circa 200 microlenti gravitazionali.
duare la presenza di un pianeta, mentre in realtà sono spesso sufficienti pochi giorni.
Nel 1995 - quasi per caso, o per curiosità - Michel Mayor e GRANDI
Didier Queloz, dell'Osservatorio di Ginevra, analizzarono le os- CONCENTRAZIONI DI
servazioni della stella 51 Pegasi, scoprendo un pianeta di tipo MASSA, come gli
gioviano che le orbitava attorno in soli 3,523 giorni. Colti di ammassi di galassie,
sorpresa, altri gruppi si precipitarono ad analizzare i propri da- possono trasformarsi
ti, identificando diversi altri pianeti. Da allora i corpi scoperti in potenti lenti
sono, al momento di scrivere, 102, ma pressoché nessuno dei gravitazionali,
sistemi planetari individuati assomiglia al nostro. Ma se questa deformando e
situazione dipende dal metodo di ricerca, che cosa si può fare? ingrandendo gli
Usarne un altro, ovviamente. Per questo motivo nel 1995 è oggetti che si trovano
nato il programma osservativo PLANET (Probing Lensing lungo la linea di vista,
Anomalies NETwork), che si prefigge di scoprire pianeti, possi- secondo lo schema
bilmente anche di piccole dimensioni, sfruttando un fenomeno illustrato qui sopra.
quasi sconosciuto: quello delle microlenti gravitazionali. Un fenomeno
simile è quello
Le microlenti gravitazionali della microlente
gravitazionale, in cui
Una delle conseguenze più originali della teoria generale una stella, passando
della relatività di Einstein è il fatto che anche i fotoni, come se davanti a un'altra,
fossero corpi materiali, vengono deflessi da un campo gravita- devia verso di noi una
zionale. Questo fenomeno fu dimostrato per la prima volta già parte della luce che
nel 1919 da Sir Arthur Stanley Eddington, mediante osserva- non verrebbe nella
zioni della distanza reciproca di alcune stelle in prossimità del nostra direzione,
Sole durante un'eclissi totale. Lo stesso Einstein si rese conto provocando
poi che grandi concentrazioni di massa, come gli ammassi di un temporaneo
galassie, potevano trasformarsi in telescopi naturali. aumento di
Oggi gli astronomi hanno scoperto molte di queste lenti, che luminosità dell'astro.
producono immagini multiple di galassie o di quasar estrema-
mente lontani. Di recente, Esther Hu, dell'Università delle dalla separazione fra la sorgente e la lente e dal diametro del- dividuato da MACHO e la stella mostrò un aumento della lu- ne, dovuta al moto della Terra attorno al Sole, che permette di
Hawaii, ha addirittura sfruttato una di queste lenti gravitazio- l'anello di Einstein, il quale a sua volta dipende dalla massa minosità di un fattore 7. nuovo di stabilire il moto proprio della lente.
nali come un vero e proprio telescopio, per poter osservare il della stella ed è tipicamente pari a circa un microsecondo d'ar- Ma quanto durano questi eventi? Fortunatamente abba- Le anomalie più interessanti, che rappresentano circa il 10
cosmo a maggiore profondità. Ma che cosa sono le microlenti co. Nelle condizioni più favorevoli la luminosità di una stella stanza a lungo - anche alcune decine di giorni - per cui è pos- per cento del totale, sono però quelle dovute a stelle doppie. La
gravitazionali? In questo caso, la lente è una stella che passa può aumentare anche di 10 volte. sibile individuarli e seguirne l'evoluzione con relativa calma. prima fu osservata da OGLE fin dal 1993. Se le due lenti han-
davanti a un'altra, deviando verso di noi fotoni - ossia luce - Ne11986 Bohdan Paczynski, della Princeton University, pro- La durata dipende dalla massa della lente, dalla distanza del- no una distanza reciproca pari a diversi anelli di Einstein, agi-
che altrimenti non si propagherebbero nella nostra direzione. pose che le microlenti gravitazionali potessero essere un meto- l'osservatore dalla sorgente e dalla lente e dal moto proprio di scono indipendentemente; ma se sono vicine si possono
Il risultato è un temporaneo aumento di luminosità della stella do per indagare la materia oscura che costituisce circa il 90 per quest'ultima. La sorgente viene normalmente considerata im- rinforzare a vicenda, provocando un'amplificazione enorme.
sorgente. Anche questo fenomeno fu previsto nel 1936 da Ein- cento della massa delle galassie normali, Via Lattea compresa, mobile: un'assunzione più che ragionevole, vista la distanza. Nel 1991 Bohdan Paczynski e Shude Mao approfondirono
stein, il quale ritenne però, compiendo un errore di valutazio- e si trova perlopiù concentrata nell'alone. Paczynski ipotizzò Poiché la stella sorgente può essere studiata in tutta calma, questa idea, chiedendosi che cosa accadrebbe se la compagna
ne insolito per uno scienziato del suo calibro, che sarebbe sta- che, se questa materia si fosse trovata in forma di dense con- normalmente la sua distanza è nota con una precisione alme- della lente fosse piccola, anzi minuscola come un pianeta. An-
to impossibile osservarlo. centrazioni con masse paragonabili a quelle delle stelle, si sa- no del 20 per cento. che in questo caso esiste una zona critica dove l'amplificazio-
Una microlente gravitazionale produce di nonna due imma- rebbe potuto identificarne gli effetti su stelle di sfondo lonta- I parametri della stella lente, che non può essere osservata, ne della luce può essere rilevante, ma essa è molto piccola. Ciò
gini che si trovano a una distanza piccolissima dalla stella sor- ne, come quelle delle Nubi di Magellano. Vennero così subito rappresentano invece un problema. Tutto ciò che si può fare è significa ovviamente che le probabilità che la stella sorgente la
gente. L'intensità totale delle due immagini è maggiore di approntati tre programmi osservativi: uno polacco/americano, utilizzare i dati osservativi per ricavare stime ragionevoli. In attraversi sono più basse, ma non nulle. Inoltre, le anomalie
quella della stella in assenza della lente e, poiché anche i mi- OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment), uno france- alcuni casi però le curve di luce presentano anomalie che ven- dovute a un pianeta dovrebbero essere di breve durata e spes-
gliori telescopi non sono in grado di distinguerle, il risultato è se, EROS (Experience pour la Recherche d'Objets Sombres) e gono in aiuto agli astronomi. Per esempio, se la stella sorgente so di piccola entità, tanto da essere meglio descritte come «di-
semplicemente un aumento della luminosità della stella sor- uno americano/australiano, MACHO, (MAssive Compact Halo è molto grande, la lente può ingrandirne una parte per volta, fetti» delle lenti. I calcoli mostrarono comunque che, in virtù
gente. Se l'allineamento della lente e della sorgente è perfetto, Objects collaboration). Dopo alcuni anni di ricerca, nel 1993 dando luogo a una curva di luce caratteristica da cui si ricava del grande numero di pianeti che si pensa esistano nella Ga-
le due immagini si fondono formando un anello caratteristico, ciascun gruppo annunciò indipendentemente l'osservazione di il moto proprio della lente. In altri casi, se l'evento ha una du- lassia, le probabilità di individuarne uno in questo modo non
detto anello di Einstein. L'amplificazione della luce dipende un evento di microlente gravitazionale. Il primo evento fu in- rata molto lunga, la curva di luce può mostrare un'oscillazio- erano trascurabili.

3.4 35
LE SCIENZE 413 /gennaio 2003 www.lescienze.it
•
e
•
UN TELESCOPIO NATURALE ALTRE STRATEGIE DI RICERCA
no dei successi più spettacolari di PLANET è stata la Mentre seguivano la curva di luce dell'evento per prevedere I due principali metodi alternativi per la ricerca di pianeti
• •
U«risoluzione» dello spettro di una stella lontana ben 25.000 il momento del secondo massimo, gli astronomi presero • extrasolari sono, per la verità, tre: due basati sugli effetti
anni luce. Normalmente, anche con i più potenti telescopi, contatto con lo European Southern Observatory per chiedere gravitazionali dei pianeti e uno sulle eclissi. Quando un
persino le stelle più vicine appaiono come semplici punti di luce, con urgenza tempo di osservazione con uno dei grandi • pianeta di massa gioviana orbita attorno alla sua stella,
e non come dischi. In certi casi è stato possibile utilizzare strumenti del Paranal. La speranza era quella di ottenere la sua attrazione gravitazionale è sufficiente a causare
interferometri per osservare la superficie di alcune stelle, come informazioni sulla chimica di una stella tanto lontana. Nel giro di un movimento periodico osservabile dalla Terra. Nel
Betelgeuse, ma in pratica i fisici stellari si devono accontentare 24 ore, il direttore dell'ESO concesse il tempo di osservazione sistema solare, per esempio, Giove sposta letteralmente
di studiare in dettaglio solo il Sole. desiderato al momento opportuno con uno degli strumenti da il Sole, anche se di una distanza molto inferiore al diametro
Una caratteristica generale delle stelle è il cosiddetto 8,2 metri del Very Large Telescope. della stella.
•
oscuramento ai bordi, che si può osservare anche nel Sole. Se Innanzitutto, gli astronomi ottennero alcuni spettri della stella Il movimento può essere individuato in due modi. In un
guardiamo verso il centro della stella vediamo infatti strati ancora amplificata, ma prima del secondo massimo. Le caso, si possono osservare i movimenti radiali, di
•
molto caldi e profondi della sua superficie. Osservando verso i osservazioni permisero di capire che si trattava di una gigante 4 • avvicinamento e di allontanamento, che spostano lo
bordi si evidenziano invece gli strati più superficiali, fredda. Poiché le previsioni indicavano che il secondo evento h e • spettro della stella, per effetto Doppler, verso il rosso o
relativamente freddi e poco luminosi. sarebbe stato particolarmente lungo, fino a qualche giorno, si verso il blu in alternanza. Questo è per ora l'unico metodo
e • •
Il 5 maggio 2000 il gruppo EROS annunciò di aver individuato programmarono le osservazioni per ottenere spettri per quattro che ha dato soddisfazioni agli astronomi e ha permesso di
O
un fenomeno di microlente apparentemente usuale a pochi notti successive, via via che la lente amplificava parti diverse 4111» scoprire tutti i pianeti finora noti. Il secondo metodo sfrutta
gradi dal centro galattico. Circa un mese più tardi, 1'8 giugno, il dell'atmosfera della stella. Le osservazioni vennero condotte dal e • • I sempre l'attrazione gravitazionale, ma consiste nel
gruppo Microlensing Planet Search Project (concorrente più 4 al 7 luglio e una prima analisi dello spettro mostrò subito misurare astrometricamente le deviazioni della stella dal
• * di e
giovane di PLANET) mostrò che l'evento, battezzato EROS-BLG- quanto fossero preziose. Fu infatti possibile individuare • 1 suo moto rettilineo. Esso richiede più tempo, ma dovrebbe
2000-5, stava presentando un inaspettato aumento di variazioni della riga di emissione H-alfa dell'idrogeno che non • 'il permettere di scoprire pianeti che orbitano a grande
e
luminosità. Era chiaro che la microlente era doppia e che presto erano presenti in spettri di stelle circostanti, ottenuti per verifica. distanza dalle loro stelle e, quindi, sistemi solari più simili
ci sarebbe stato un altro massimo, che attirò l'attenzione di Si è visto che variazioni erano perfettamente in accordo con i L'EVENTO EROS-BLG-2000-5 (indicato dalla freccia, al centro della al nostro. Al momento, comunque, con questa tecnica non
Penny Sackett, del Kapteyn Astronomica' Institute di Groningen, risultati di un modello matematico dell'atmosfera della stella foto), registrato nelle vicinanze del centro galattico, è uno dei più è ancora stato scoperto alcun pianeta. In futuro, però, la
nei Paesi Bassi, membro del gruppo PLANET. accoppiato con un programma che prevede gli effetti della lente. spettacolari fenomeni di microlente gravitazionale finora osservati. NASA lancerà il satellite FAME [Full-sky AstroMetric
Explorer), che migliorerà notevolmente la sensibilità di
questo metodo, grazie a una risoluzione di soli 50
La nascita di PLANET microsecondi d'arco.
IL CENTRO DELLA VIA LAÚEA,
Il terzo metodo, detto dei transiti, consiste infine
Nel 1995, durante un congresso sulle microlenti al Livermore parzialmente oscurato alla vista da nubi.
nell'osservare la diminuzione di luminosità di una stella
National Laboratory, un gruppo internazionale di astronomi de- di gas e poivere.11,pr.ogramma PLANET
cise di tentare di scoprire pianeti extrasolari con questo metodo, scruta il cuore della Galassia nei mesi . quando viene parzialmente oscurata dal pianeta che le
apparentemente stocastico e stravagante, e diede vita al pro- compresi tra maggio e settembre, quando passa di fronte. Poiché le variazioni di luminosità della stella
gramma osservativo PLANET. Contrariamente agli altri metodi la sua grande concentrazione di stelle alta sono molto contenute, questo metodo è assai promettente
di ricerca di pianeti, PLANET non sceglie i bersagli delle proprie sull'orizzonte nel cielo australe. • • per osservatori spaziali, ma difficile da utilizzare da Terra.
osservazioni, ma - in un certo senso - aspetta che essi si presen- • •• Per ora, infatti, è stato possibile soltanto osservare l'eclissi
tino da soli. Vale inoltre la pena di sottolineare che gli eventuali
di pianeti già scoperti con il tradizionale metodo radiale. Il
pianeti vengono individuati attorno alla stella lente, che in ge-
primo successo fu registrato il 7 novembre 1999, quando
nere è troppo debole per essere osservata direttamente. In realtà, • • ,
Geoffrey Marcy, dell'Università della California a Berkeley,
questa casualità è uno dei punti di forza di PLANET. I vari pro-
grammi di ricerca di pianeti con il metodo dell'effetto Doppler osservò una riduzione di luminosità dell'1,7 per cento della
dovrebbero infatti produrre entro pochi anni una statistica affi- stella HD 209458, a 150 anni luce di distanza dal Sole. Il
dabile riguardante i corpi di massa gioviana. Questa statistica ri- pianeta di questa stella compie un'orbita ogni pochi giorni e
guarderà però solo le stelle nelle nostre vicinanze e, probabil- ha una massa pari a circa il 60 per cento di quella di Giove,
••
mente, in gran parte quelle più simili al Sole. Anche PLANET
anche se i calcoli fanno pensare che il suo diametro sia più
mira a produrre una simile statistica, purtroppo di nuovo solo
grande. Anche in questo caso, notevoli speranze sono
per pianeti di tipo gioviano, ma in questo caso riguarderà stelle
riposte in Kepler, la sonda che la NASA prevede di lanciare nel
di vario tipo e anche a distanza considerevole dalla Terra.
PLANET è attivo durante i mesi da maggio a settembre, il 2006 proprio allo scopo di scoprire pianeti attorno ad altre
periodo in cui il centro della Via Lattea, con la sua enorme stelle con il metodo dei transiti (si veda l'articolo Verso
concentrazione di stelle, è alto nel cielo dell'emisfero australe. nuove Terre di Elisabetta Tommasi a pagina 48).
La scelta del centro galattico è pressoché forzata, poiché quel-
la è l'unica regione del cielo dove sia possibile osservare diver-
• • •
se migliaia di stelle in un'unica immagine, aumentando le pro- L'AUTORE
babilità di individuare un fenomeno di microlente. Durante
questo periodo, PLANET funziona come un «parassita» - nelle ALDO CONTI, dottore di ricerca in fisica, svolge una considere-
parole di uno dei suoi astronomi - di MACHO e OGLE. Questi vole attività pubblicistica nel campo del giornalismo scientifi-
due programmi emettono infatti «bollettini di allarme» segna- co, collaborando a diverse testate. Per «Le Scienze», tra l'al-
lando la presenza degli eventi, ma non hanno sufficienti risor- tro, cura da due anni il notiziario on-line e ha coordinato il dos-
se per seguirli. A questo pensa quindi PLANET, che non ha in- sier L'esplorazione dello spazio (n. 3, primavera 2001].
vece risorse sufficienti per scoprire in autonomia gli eventi da

36 LE SCIENZE 413 /gennaio 2003 www.lescienze.it 3?
Perth, Australia, 0,6 metri
Oceano
Indiano
Sutherland, Sud Africa, 1,0 metri
La Silla Dutch, Cile, 0,9 metri
I QUATTRO TELESCOPI DEL PROGETTO
PLANET si trovano tutti nell'emisfero
meridionale, e precisamente in Australia,
Tasmania, Cile e Sudafrica, in modo che possano
osservare ininterrottamente il cielo per 24 ore su 24.
studiare (forzando l'analogia naturalistica si potrebbe quindi bili. Inoltre, poiché le microlenti sono veri e propri telescopi
parlare più di simbiosi che di parassitismo...). naturali, in un paio di casi esse hanno permesso di determina-
PLANET si avvale di una rete di quattro telescopi, tutti nel- re alcune caratteristiche della superficie delle stelle sorgenti (si
l'emisfero australe, distanziati in modo da consentire di osser- veda la finestra a pagina 36).
vare, nubi permettendo, gli eventi più interessanti 24 ore su
24. Nel corso di una serata tipo, i vari eventi di microlente
Futuro senza certezze
vengono osservati ciclicamente, in modo da garantire almeno
un'osservazione all'ora per ciascuno. Poiché le anomalie pos- Purtroppo, il futuro di PLANET è incerto. La statistica riguar-
sono essere di durata molto breve, la rapidità è essenziale. Pro- dante i pianeti di massa gioviana dovrebbe essere completata en-
prio per questo Jean-Philippe Beaulieu, dell'Institut d'astro- tro due anni e, a quel punto, sarà necessario un ripensamento. In
physique de Paris, ha messo a punto una serie di programmi teoria, le osservazioni potrebbero proseguire fino a produrre una
che analizzano in tempo reale le immagini, identificano auto- statistica analoga per pianeti di tipo nettuniano, molto più picco-
maticamente le migliaia di stelle che vi sono contenute e ne li, ma a quel punto la durata delle eventuali anomalie diventa ta-
misurano la luminosità. Questo permette di produrre immedia- le che i telescopi disponibili non sarebbero più sufficienti. Anche
tamente un grafico della curva di luce dell'evento in corso ed se PLANET utilizza telescopi piccoli per gli standard moderni (ad-
eventualmente di individuare la presenza di anomalie. I dati dirittura meno di un metro di diametro, in un caso) ed economi-
vengono poi trasmessi automaticamente agli altri osservatori ci, trovare altri osservatori disposti a ospitare un programma di
che proseguiranno le osservazioni poche ore dopo. L'insieme questo genere non è impresa facile. In effetti, PLANET soffre un
di questi programmi è stato chiamato Quyllurwasi, che non è po' della sua caratteristica di essere affidato al caso, che non per-
un astruso acronimo, ma significa «casa delle stelle» in lingua mette di garantire alcun risultato. Purtroppo gli osservatori mo-
quechua dell'America Latina. derni richiedono investimenti tali da dover essere poi giustificati.
Quanti pianeti ha scoperto per ora PLANET? Beh, la rispo- Non è quindi pensabile utilizzarli per un programma osservativo
sta, onestamente, è: nessuno. Per il momento sono state osser- interessantissimo ma che potrebbe non dare risultati eccezionali
vate circa 200 microlenti, 25 delle quali hanno presentato per anni. Ovviamente, se venisse presto scoperto un pianeta, ma-
anomalie, e 10 sono state analizzate in dettaglio. Ciò non si- gari di piccole dimensioni, diventerebbe forse possibile trovare
gnifica però che il programma non abbia dato importanti ri- altri telescopi, per seguire più lenti e con maggiore frequenza.
sultati, anzi. Da questi dati è infatti possibile stabilire che non 11 sogno degli astronomi di PLANET è però quello di utilizzare
più di un terzo delle stelle nane di tipo M, le più comuni della un telescopio in fase di costruzione in Italia, il VST. L'acronimo
Via Lattea, ha pianeti di massa gioviana in orbita fra 1,5 e 4 significa VLT Survey Telescope, ma è stato scherzosamente ribat-
unità astronomiche dalla stella (un'unità astronomica è pari tezzato Very Small Telescope. In effetti, con i suoi 2,5 metri di
alla distanza fra la Terra e il Sole). Poiché i pianeti al limite su- diametro, è uno dei telescopi più piccoli attualmente in costru-
periore di questo intervallo hanno periodi orbitali pari a circa zione.11 suo punto di forza è però il campo visivo estremamente
15 anni, essi sono difficili da osservare con qualsiasi altra tec- ampio: addirittura un grado quadrato di cielo. L'obiettivo princi-
nica. Per ora si tratta di un limite superiore, stabilito dall'as- pale di questo telescopio sarà quello di scoprire gli eventi più in-
senza totale di osservazioni di simili anomalie. PLANET ha teressanti che avvengono nel cielo, in modo che possano essere
prodotto però risultati scientifici al di fuori del suo ambito osservati con il Very Large Telescope. Secondo alcuni calcoli, os-
principale. Per esempio, il controllo costante di migliaia di servando verso il centro della Galassia il VST dovrebbe permette-
stelle ha permesso di scoprire un gran numero di nuove varia- re di osservare contemporaneamente fino a 7 microlenti.
3 8
LE SCIENZE 413 /gennaio 2003
di Jarrod R. Hurley e Michael M. Shara
di
e ammassi
L'AMMASSO GLOBULARE
4? TUCANAE •
(nella pagina a fronte): te
ospita diversi milioni
di stelle
e un numero sconosciuto
dl pianeta.
li astrofisici che tehtan.o• •
di simulare le interazioni
dinamiche in questi densi
ammassi stellari
si chieaono se tin sistema
planetario stabile possa
soprawivere nel tumulto
gravitazionale
di un ambiente dove 3000
stele sono ammucchiate
in un anno luce cubo.
La ricerca di pianeti esistenza di pianeti al di fuori del
delle dimensioni di Giose sistema solare è un argomento de-
in orbite stellari strette
licato in astronomia, sin da quan-
nell'ihterno di 4? Tucanae
non ne ha rivelato traccia. do Giordano Bruno, nel XVI secolo,
Che cosa è accaduto fu arso vivo per avere (fra altre co-
a questi corpi? Non si sono
se) sostenuto che l'universo con-
mai formati? Oppure sono
stati strappati tenesse un numero infinito di
alla loro stella durante mondi. Oggi nessuno rischia di finire al rogo sulla
un ineontrg rawicinato
pubblica piazza per aver proposto l'esistenza di pia-
con un'altra stella?
Le risposte potrebbero neti extrasolari, ma questo settore di ricerca rimane
gettare nuova luce controverso. A oggi, sono stati identificati oltre 70
sulla recente scoperta di
pianeti in orbita intorno ad altre stelle, un risultato
pianeti indipendenti
• mmassi di stelle che ha suscitato grande entusiasmo nella comunità
molto giovepi. degli astronomi. La scoperta forse più interessante
ed enigmatica è quella di un gruppetto di pianeti ex-
trasolari che non sono legati ad alcuna stella. Questi
pianeti «orfani», o indipendenti, sono fra gli oggetti
più discussi mai scoperti nella ricerca di altri mondi.
Il problema è che non vi è un completo accordo fra
gli astronomi sul significato del termine pianeta. La
erca di pianeti nei luoghi più strani, lontano dalle stelle
maggior parte degli oggetti individuati in orbita in-
torno ad altre stelle ha massa inferiore a 3-4 masse
e hanno dato largo.origine, nell'interno
di Giove, ma alcuni di essi sono molto più grandi dei
pianeti giganti del sistema solare, avendo una mas-
di àlcuni dei più densi ammassi stellari della Galassia
sa oltre 10 volte superiore a quella di Giove.
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www.lescienze.it
Questo valore è molto vicino alla so- IN SINTESI
glia dimensionale di un altro tipo di cor-
po substellare: una nana bruna, oggetto • A tutt'oggi, sono stati identificati
che viene spesso descritto come una «stel-
oltre 70 pianeti extrasolari. La scoperta
la mancata» perché non è abbastanza
forse più interessante ed enigmatica è
grande per avviare la fusione termonu-
quella di un gruppetto di pianeti che non
cleare dell'idrogeno. Le nane brune han-
no taglia intermedia fra i pianeti e le stel- sono legati ad alcuna stella. Questi
le vere e proprie, e la linea di confine fra i pianeti «orfani», o indipendenti, sono
tre gruppi di oggetti è ancora abbastanza fra gli oggetti più discussi incontrati
indefinita (anche le nane brune, comun- durante la ricerca di altri mondi.
Sigma Orionis que, potrebbero possedere pianeti).
• Si tratta di comprendere se questi
D'altra parte, alcuni dei pianeti indi-
pianeti si siano formati dal collasso
pendenti non paiono più grandi di Giove;
gravitazionale di una nube di gas e
la loro esistenza rappresenta però una sfi-
da alla stessa definizione di pianeta: un polvere, oppure se abbiano avuto origine
oggetto substellare in orbita intorno alla , o] nel disco protoplanetario che circonda
stella presso la quale si è formato. Molti LIE - •, • un astro nascente, ma qui sorge il
astronomi sono riluttanti a chiamare «pia- problema di come il pianeta orfano sia
neti» questi corpi, e per il momento usano
finito così lontano dalla stella genitrice.
semplicemente il nome «indipendenti».
• Per dirimere il problema si fa ricorso
Al di là delle complicazioni di nomen-
a modellistica computerizzata che,
clatura, la difficoltà nel comprendere
questi oggetti deriva in parte dal cercare IL COMPUTER GRAPE-6 (GRAvity PipE) è progettato specificamente per gestire l'enorme massa per eseguire «simulazioni a N corpi»,
una spiegazione della loro origine. Se essi di calcoli necessari per la simulazione delle interazioni dinamiche all'interno di un ammasso rende necessarie potenze di calcolo
si formarono dal collasso gravitazionale stellare denso. GRAPE-6 è assai meno costoso di un supercomputer equivalente, enormi, con hardware e software
di una nube di gas e polvere, allora alcuni ma è meno flessibile nelle sue applicazioni perché nei chip è integrata parte della logica appositamente progettati. I nuovi
potrebbero essere nati accanto alle vere delle interazioni stellari. Il prototipo qui illustrato è stato usato per le ricerche descritte nell'articolo strumenti recentemente messi a punto
stelle in un ammasso o associazione stel- ed è capace di 500 miliardi di operazioni in virgola mobile al secondo (terafiop). È questa la potenza consentiranno di simulare circa
lare. Se invece gli indipendenti ebbero di calcolo necessaria per seguire la vita di circa 104 particelle (stelle e pianeti) in una simulazione
100.000 particelle in tempi ragionevoli.
origine nel disco protoplanetario che cir- a N corpi di un ammasso aperto. La versione attuale di GRAPE-6 è capace di raggiungere 1 terafiop
conda un astro nascente, sorge il proble- e di gestire circa 105 particelle. (La fotografia è stata fornita dagli autori.)
ma di come il pianeta orfano sia venuto a
trovarsi così lontano dalla stella genitrice. una pulsar, ossia una stella di neutroni in gioviane) e quindi ricadessero nell'inter- 13 masse gioviane. Come negli studi di
Le ricerche da noi condotte vertono su rapida rotazione che emette potenti onde vallo di masse dei pianeti giganti. In effet- Tamura, l'identità di simili corpi dipende
questa seconda possibilità. La nostra spe- radio. Nessuno aveva previsto che le pul- ti 13 masse gioviane è il limite in corri- in parte dalla loro età.
cializzazione è lo studio degli ammassi sar potessero avere pianeti, dato che l'e- spondenza del quale nel nucleo di un og- Alcuni astronomi misero in dubbio le
globulari, nel tentativo di comprendere splosione di supernova che genera una getto può iniziare la fusione del deuterio; scoperte di Lucas e Roche, sostenendo che
che cosa siano e come si evolvano. Seb- stella di neutroni si supponeva dovesse per questa ragione è talvolta considerato questi oggetti sono intrinsecamente più
LE REGIONI DI FORMAZIONE STELLARE IN ORIONE - che contengono migliaia di stelle giovanissime - bene questo possa apparire un settore di annientare eventuali pianeti vicini. la linea divisoria fra stelle e pianeti. brillanti di quanto non appaiano e che in
sembrano essere ricche di pianeti indipendenti. Simili oggetti sono stati trovati in regioni ricerche che ha poco a che fare con i pia- Nel 1995, finalmente, si scoprirono Tamura e colleghi trovarono questi realtà giacciono dietro la Nebulosa di
di formazione stellare nell'interno del Trapezio della Nebulosa di Orione (M42) e presso la stella neti extrasolari, in realtà gli ammassi stel- pianeti extrasolari in orbita intorno a corpi di dimensioni planetarie mentre Orione; sembrano pianeti giovani solo
brillante Sigma Orionis; i corpi indipendenti di dimensioni planetarie finora scoperti sono quasi 40. lari densi possono essere un luogo molto stelle normali, ma anche in questo caso si cercavano giovani oggetti stellari di pic- perché sono affievoliti dalla polvere della
adatto per cercare questi oggetti a causa trattava di sistemi peculiari: molti di essi cola massa nelle nubi molecolari della re- nebulosa. In questo caso, gli oggetti
delle interazioni dinamiche delle stelle. contenevano pianeti delle dimensioni di gione Camaleonte I, dove si stanno for- avrebbero in realtà la massa di nane bru-
Giove in orbite assai strette (inferiori a 5 mando numerose stelle. In retrospettiva, ne. Altri si chiesero se questi corpi doves-
giorni). Questi oggetti non rientravano non sorprende che i primi corpi indipen- sero essere chiamati pianeti. Alan Boss
Arrivano gli indipendenti
nei modelli accettati della formazione di denti siano stati scoperti in una regione di della Carnegie Institution ritiene che la
11 numero e la varietà di corpi della no- sistemi planetari, che collocano i giganti questo genere. Dato che i giovani «piane- definizione di pianeta dovrebbe basarsi
stra galassia più piccoli di una stella - os- gassosi a grandi distanze dalla stella cen- ti» conservano ancora parte del calore ge- non sulla massa, ma sul fatto che si sia
sia di massa inferiore a circa 0,08 masse trale, corrispondenti a periodi orbitali più nerato durante il processo di accresci- formato in un disco protoplanetario in-
solari (80 masse gioviane) - sono assolu- simili a quelli di Giove (quasi 12 anni). mento, la loro luminescenza può essere torno a una giovane stella. Boss ha pro-
tamente ignoti. Si presume che le loro di- Date le sorprese che questi altri «sistemi individuata con gli stessi rivelatori per posto un meccanismo nel quale oggetti di
mensioni possano essere molto diverse: solari» riservavano agli astronomi, era l'infrarosso che si impiegano per osserva- dimensioni planetarie nascono in manie-
da oggetti relativamente grandi come le prevedibile che i corpi indipendenti a- re le nane brune e le stelle molto giovani. ra non dissimile dalle stelle; questi corpi
Mr2~1L121~-
nane brune e i pianeti giganti gassosi a vrebbero dato qualche scossone alle ipo- Indagini analoghe su oggetti di piccola non sarebbero pianeti, ma piuttosto «sot-
pianeti rocciosi come la Terra e a corpi tesi più accreditate. Stranamente la prima massa nelle regioni di formazione stellare to-nane brune».
>80 masse 13-80 masse assa //318 di massa
gioviane gioviane na gioviana più piccoli, come satelliti e asteroidi. osservazione di uno di essi, nel 1998, non portarono a nuove scoperte nel 2000. Nel- Poco dopo le scoperte di Lucas e Ro-
Gruppi di astronomi hanno dato inizio fu accompagnata da particolare clamore. la primavera di quell'anno due inglesi, che, un secondo gruppo di astronomi ri-
alla ricerca di altri mondi agli inizi degli Seminascosta in un articolo sulle nane Philip Lucas e Patrick Roche, annunciaro- ferì l'individuazione di corpi indipendenti
LA DEFINIZIONE DI PIANETA si basa in parte sulla massa. La scoperta di oggetti indipendenti anni novanta; i loro lavori hanno prodot- brune a firma di Motohide Tamura e col- no l'individuazione di forse 13 possibili in un'altra regione della costellazione di
di massa inferiore a 13 masse gioviane (il limite inferiore per le nane brune) ha scatenato to una serie di scoperte sorprendenti, a leghi dell'Osservatorio astronomico na- corpi indipendenti nel cuore della Nebulo- Orione. Maria Rosa Zapatero Osorio, ora
una controversia sulla loro identità e origine. I più piccoli corpi indipendenti finora scoperti hanno partire dall'individuazione del primissimo zionale giapponese, vi era una nota che sa di Orione (M42), una regione di forma- al California Institute of Technology a Pa-
circa 5 masse gioviane. I limiti delle attuali tecnologie di rilevamento possono spiegare pianeta extrasolare nel 1991. Questo og- specificava come alcuni degli oggetti os- zione stellare che si trova a una distanza sadena, e colleghi scoprirono 18 di questi
l'apparente assenza di oggetti più piccoli, ma considerazioni teoriche indicano anche che getto aveva la particolarità di orbitare in- servati fossero di massa inferiore alla so- di 1500 anni luce. Secondo gli autori, di- oggetti, deboli e rossi, in un ammasso vi-
essi debbano essere rari. Per ora la loro abbondanza è totalmente sconosciuta. torno a un tipo esotico di stella «morta»: glia per una nana bruna (circa 13 masse versi di questi oggetti erano più piccoli di cino alla stella Sigma Orionis. La regione

4-2 4-3
LE SCIENZE 413 /gennaio 2003 www.lescienze.it
si trova a soli 1000 anni luce dalla Terra e
UN AMMASSO GLOBULARE IN SCATOLA SIMULARE L'EVOLUZIONE DI UN AMMASSO
ospita un folto gruppo di stelle neonate,
che forse hanno solo 1-5 milioni di anni.
na simulazione a N corpi di un ammasso globulare implica Situati fra le giovani stelle vi sono nume-
il dialogo fra un computer ospite - che conserva in memoria Rilassamento a due corpi rosi oggetti di temperatura assai bassa, in-
le posizioni e le masse delle particelle - e GRAPE-6, un computer torno a 1700-2200 kelvin. Date le caratte-
dedicato che calcola le interazioni fra le particelle stesse. ristiche, i ricercatori calcolarono che que-
Il processo inizia con la definizione delle caratteristiche sti oggetti dovessero essere «piccoli»: 5-15
Collasso del nucleo Segregazione di massa
del sistema: le dimensioni relative e il numero delle stelle masse gioviane. E furono molto cauti nel-
(funzione di massa iniziale), il numero di sistemi binari GRAPE-6 ~-1 l'identificarli, indicandoli come «giovani
e di pianeti, le posizioni iniziali e le velocità delle stelle, le loro 4, oggetti isolati di massa planetaria».
densità e distribuzione e l'equilibrio viriale (che definisce Più di recente, Lucas, Roche e colleghi
la quantità totale di energia nel sistema). «Combustione» delle binarie Incontri e collisioni hanno pubblicato risultati che conferme-
Durante l'integrazione, ciascuna stella viene seguita in due atre e quattro corpi rebbero le precedenti osservazioni di corpi
fasi temporali: una relativa all'evoluzione fisica (tem) e una indipendenti appartenenti alla Nebulosa
alle interazioni dinamiche Queste fasi sono differenti 1_111_111 di Orione. I loro studi spettroscopici degli
per ciascuna stella. Le stelle massicce evolvono rapidamente, Il «riscaldamento» oggetti in Orione indicano la presenza di
ela qcuuiin edvi ohluazninoon efa ès ip ti„ù„ /l ebnretav,i ,h manenntor efa lesi stt„eolil elu dnig phiec.cola massa, fsai sees edginuaem uincaa v(seeri ftiecvao ld <e tl dsmi stema per essere certi di no n•)• Dopo un tempo arbitrario aarvbe1•r idl eclolella bsisnoa rdiee la nrurecsletao Fuga delle stelle astciqounae; sciiaòn foa gpieonvsaanrie (cchirec ia c 1o rmpii liino nqeu ed-i
ad alta velocità
Così pure, le stelle in moto veloce entro il denso nucleo introdotto alcuna «mostruosità». Le particelle che migrano verso anni) e di piccola massa. Al momento i ri-
dell'ammasso hanno fasi tchr, brevi, mentre le stelle lente le zone esterne dell'ammasso globulare possono essere rimosse cercatori ritengono di aver identificato
nelle regioni esterne le hanno più lunghe. dal sistema: ciò corrisponde alla cosiddetta evaporazione circa 15 corpi indipendenti di massa pla-
•
Il sistema viene aggiornato per blocchi di particelle aventi fasi dell'ammasso causata dalle maree galattiche. netaria. Per sfuggire alle prevedibili con-
tchn simili. L'evoluzione fisica di una stella massiccia può essere Nel processo di integrazione si tiene conto di molti altri processi ».• dEevlloel ubzinioanreie Evsotelullzairoene troversie di nomenclatura, essi hanno co-
aggiornata più di una volta prima di passare a una successiva astrofisici (si veda la finestra nella pagina a fronte). niato un nuovo termine, «planetar», per
Trasferimento Vento gli oggetti di taglia planetaria che non or-
di massa stellare bitano intorno a una stella.
Supernove
Inizializzazione
Ciò che tutti questi risultati hanno in
Funzione di massa iniziale
(0,1-100 masse solari) Morte dell'ammasso '4*- Perdita di massa I comune è la scoperta di oggetti indipen-
denti all'interno di gruppi di stelle neona-
IEN te Simili raggruppamenti sono destinati a
Stelle binarie:j_30.. Densità, disperdersi, o perché non sono gravita-
Pianeti proporzioni, orbite distribuzione Posizioni
e nane brune? e masse Masse stellari ed equilibrio viriale e velocità stellari zionalmente legati, o perché sono abba-
Sottrazione da parte
n~I~P delle maree galattiche stanza piccoli per essere decimati dalle
maree galattiche su scale temporali di al-
cuni miliardi di anni. Con l'eccezione di
Ammasso a t = O M el simulare l'evoluzione di un ammasso globulare si tiene conto di svariati processi quelle che fanno parte di sistemi stellari
astrofisici. Il rilassamento a due corpi consiste in uno scambio di energia fra stelle, multipli, queste «stelle di campo» un gior-
tale che tutte tendano ad averne la stessa quantità: le stelle massicce rallentano e no vagheranno in solitudine per la Galas-
si spostano verso il nucleo, mentre quelle leggere accelerano e migrano verso l'esterno. sia, esattamente come fa il Sole. Sembra
Inviare masse, posizioni e velocità di tutte le particelle
(stelle e pianeti) alla memoria di GRAPE Questa segregazione influisce sulla frequenza degli incontri fra stelle e tende ad ragionevole supporre che eventuali corpi
accelerare le più leggere fino alla velocità di fuga. Via via che le stelle massicce migrano indipendenti di taglia planetaria formatisi
verso di esso, il nucleo aumenta la propria densità; ciò moltiplica il numero di collisioni in un ammasso aperto si disperdano an-
e quindi ritarda il collasso del nucleo. La «combustione» delle binarie è un processo ch'essi a causa delle maree. Questi vaga-
Agpgeior rlnea prea rlt'iecveollleu zcioonn ete smte <lla tre Vi è perdditia m oa tsrsaas?ferimento sCulolerr pegagrteicree lllee fvoicrzinee per cui i sistemi binari stretti diventano ancora più compatti, mentre quelli allargati bondi devono essere corpi molto freddi e
si scindono. A loro volta, questi processi influenzano l'evoluzione dei sistemi binari scuri, e quindi assai difficili da rivelare.
e delle stelle singole. L'inefficiente trasferimento di massa fra stelle binarie provoca
perdita di materia dal sistema. Anche le stelle singole possono perdere massa: quelle Corpi indipendenti
Prevedere posizioni e velocità
massicce esplodono come supernove, mentre le più piccole rilasciano costantemente
sul computer ospite
massa nel vento stellare. Le maree gravitazionali della Galassia finiscono per asportare negli ammassi globulari?
Integrare blocco successivo Calcolare le forze
di particelle questa materia dall'ammasso insieme con le stelle leggere che si sono spostate
su GRAPE
(td)n minimo) ai margini esterni. Infine un ammasso muore quando tutte le sue stelle sono state C'è un altro luogo dove si può pensare
Correggere posizioni disperse, per sottrazione mareale o per espulsione. In un ambiente così frenetico, di trovare corpi indipendenti: l'ambiente
e velocità sull'ospite
la creazione di pianeti indipendenti potrebbe essere abbastanza comune. stellare molto denso di un ammasso glo-
Controllare formazione
bulare. Al contrario delle associazioni di
e distruzione di sistemi
binari o collisioni stelle neonate, gli ammassi globulari con-
Aggiornare posizioni L'AUTORE sistono di stelle che sono gravitazional-
Porre t =tdin e velocità
mente legate l'una all'altra; e anziché
JARROD R. HURLEY è ricercatore presso l'American Museum of Natural History. Le sue avere solo qualche milione di anni, sono
ricerche si concentrano sullo studio dell'evoluzione degli ammassi stellari mediante si- oggetti antichi, alcuni di età superiore ai
mulazioni complesse. Di recente ha cominciato a occuparsi del comportamento di si- 10 miliardi di anni. Date le diverse pro-
Set< tarb
stemi planetari negli ammassi stellari. prietà dei due ambienti, può sembrare
MICHAEL M. SHARA è curatore e direttore del Dipartimento di astrofisica dell'American strano che entrambi siano un terreno
Museum of Natural History. Si occupa di struttura ed evoluzione di nove e supernove, di adatto per andare a caccia di corpi indi-
collisioni stellari e della natura delle popolazioni stellari in ammassi e galassie. pendenti. Eppure è probabile che sia così.
I primi studiosi che cercarono pianeti
LE SCIENZE 413 /gennaio 2003 www.lescienzeit 4-5
Pianeti indipendenti prodotti da incontri fra sistemi planetari in ammassi stellari densi Oggetti indipendenti di dimensioni planetarie nati allo stesso modo di stelle
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in un ammasso globulare non pensavano povere di metalli perché si formarono in Per prima cosa, occorre creare un ra- DUE MECCANISMI IPOTETICI possono produrre oggetti indipendenti di dimensioni planetarie. Sole) - hanno una probabilità di diventare
affatto ai corpi indipendenti. Nel luglio una fase precoce della storia della Galas- gionevole facsimile di un ammasso glo- In un ammasso stellare denso (a) un incontro fra due sistemi planetari (b) può liberare alcuni indipendenti 10 volte maggiore di quelli
1999 Ronald Gilliland e colleghi osserva- sia, prima che gli elementi più pesanti ve- bulare. Sebbene vi siano vari modi per co- pianeti (c). Nel caso illustrato, dall'incontro nasce un sistema binario: un evento molto raro. posti a una distanza di 1 UA. Sebbene i
rono quasi 34.000 stelle nell'ammasso nissero sintetizzati. È interessante, però, il struire un modello, il nostro metodo tenta Nella maggior parte dei casi la debole attrazione di una stella di passaggio può bastare pianeti che vengono strappati dalle orbite
globulare 47 Tucanae (Tuc) utilizzando la fatto che un pianeta orbitante intorno a di considerare il comportamento di cia- per liberare alcuni dei pianeti del sistema. È anche possibile che oggetti di dimensioni planetarie iniziali siano preferenzialmente quelli che
Wide Field Planetary Camera 2 dello una pulsar sia stato individuato in un am- scuna stella in una cosiddetta «simulazio- si formino in una nube molecolare (d), più o meno allo stesso modo di una stella normale. si trovano nella densa regione centrale
Hubble Space Telescope. L'ammasso glo- masso globulare a bassa metallicità: M4. ne a N corpi». L'enorme numero di stelle Se simili corpi vengono generati in un sistema dinamicamente instabile (e), possono diventare dell'ammasso, quasi metà di essi, quando
bulare 47 Tuc è uno dei più grandi e den- Un'ulteriore possibilità è che il denso in un ammasso globulare rende estrema- indipendenti (f) anziché essere legati a una stella. è liberata, ha velocità inferiore alla velo-
si della nostra galassia. Il nucleo è così ambiente degli ammassi in qualche modo mente gravoso questo compito. In pratica cità di fuga dall'ammasso. Ciò significa
compatto che in un anno luce cubo risie- inibisca la formazione di pianeti, o forse non si può neanche pensare di considera- BIBLIOGRAFIA che gran parte dei corpi indipendenti di-
dono quasi 3000 stelle. (E ci sono am- limiti la migrazione delle orbite dei gi- re le interazioni di milioni di stelle, e le venta orfana presso il centro dell'ammas-
massi globulari nel cui nucleo la densità ganti gassosi verso la stella genitrice. Può nostre simulazioni attuali includono al- GILLILAND R. L. e altri, A Lack of Planets in 47 Tucanae from a Hubble Space Telescope so e poi migra lentamente in periferia.
si avvicina a 3 milioni di stelle per anno anche darsi che i sistemi planetari si for- l'incirca 104 stelle. Anche un numero così Search, in «The Astrophysical Journal», 545, pp. L47-L51, 2000. Nell'ammasso la posizione media dei pia-
luce cubo!) Per confronto, in un cubo di mino negli ammassi globulari, ma venga- ridotto richiede comunque un hardware ZAPATERO OSORIO M. R., BEJAR V. J. S. e altri, Discovery of Young, isolated Planetary Mass neti indipendenti è appena all'esterno del
un anno luce centrato sul Sole vi è una no rapidamente distrutti nelle collisioni specificamente progettato. La più recente Objects in the o Orionis Star Cluster, in «Science», 290, pp. 103-107, 2000. raggio entro il quale giace metà della
singola stella, e l'astro più vicino è a oltre fra stelle favorite dalla densità stessa del- versione di questi computer è GRAPE-6 DAVIES M. B. e SIGURDSSON S., Planets in 47 Tuc, in «Monthly Notices of the Royal Astrono- massa totale; essi impiegano circa 200
4 anni luce di distanza. Dato che 47 Tuc è l'ammasso Se è così, i pianeti di questi si- (GRAvity PipE), una potente macchina mica' Society», 324, pp. 612-616, 2001. milioni di anni per spostarsi dal nucleo
molto antico, il gruppo di Gilliland spera- stemi collidenti potrebbero venire separa- (capace di 1,0 teraflop, ossia 1000 miliardi HURLEYJ. R. e SHARA M. M., Free-Floating Planets: Not So Surprising, in «The Astrophysical dell'ammasso fino a questa posizione.
va che la ricerca facesse luce sui sistemi ti dalle loro stelle. Poiché il gruppo di Gil- di operazioni in virgola mobile al secon- Journal» (in stampa). Gran parte dei sistemi planetari che
planetari di stelle assai evolute. liland cercava solo eventi di transito rela- do) realizzata dal gruppo di Jun Makino HEGGIE D. C. e HUT P., The Gravitational Million-Body Problem, Cannbridge University Press, sfuggono all'ammasso può allontanarsi
Hubble fu impiegato per rivelare il tivi a pianeti giganti caldi, non poteva in- dell'Università di Tokyo. in stampa. perché il campo mareale galattico sottrae
transito di pianeti caldi di dimensioni gio- dividuare questi pianeti orfani. Oltre all'hardware, è ovviamente neces- stelle alle regioni esterne dell'ammasso
viane di fronte alle loro stelle. Si possono Un lavoro dell'estate 2001 aveva de- sario un software altamente sofisticato. stesso. Un numero inferiore di stelle e pia-
individuare simili transiti perché la luce scritto alcuni possibili pianeti indipenden- Negli ultimi 30 anni gli algoritmi di punta Una volta descritto il sistema, si tratta to delle quali binarie) nonché di 2000- neti viene espulso per aver raggiunto la
della stella si affievolisce quando il piane- ti nell'ammasso globulare M22 individua- per una simulazione a N corpi sono stati «solo» di lasciare che le particelle (stelle e 3000 pianeti delle dimensioni di Giove. Le velocità di fuga tramite un incontro rav-
ta passa davanti a essa. Considerazioni ti sfruttando l'effetto di microlente gravi- realizzati da Sverre Aarseth dell'Institute pianeti) interagiscano secondo la fisica simulazioni differivano leggermente per vicinato con un'altra stella, ma la maggior
teoriche basate sulla frequenza di pianeti tazionale. Si è poi appurato che la scoper- of Astronomy a Cambridge. 11 software newtoniana - calcolare la forza che si la metallicità e la separazione orbitale fra parte degli incontri ha maggiori probabi-
caldi delle dimensioni di Giove nelle vici- ta era un artefatto dovuto a raggi cosmici NBODY4, che abbiamo usato per le nostre esercita su ciascuna particella e aggior- i pianeti e le loro stelle. Ogni simulazione lità di produrre la liberazione di un piane-
nanze del Sole portavano a prevedere che che avevano colpito la videocamera. simulazioni, è stato ideato specificamente narne la posizione e la velocità a ogni in- è stata fatta evolvere fino a 4,5 miliardi di ta che non l'espulsione dall'ammasso.
in 47 Tuc si dovesse osservare una venti- per le macchine GRAPE. cremento di tempo - e nello stesso tempo anni, ossia la stessa età del sistema solare. È ancora troppo presto per valutare il
na di questi corpi, ossia circa 1 per 1700 11 primo passo è quello di stabilire le di tener conto dell'evoluzione delle stelle I pianeti, che all'inizio della simulazio- significato dei risultati di 47 Tuc. È stato
Dove sono finiti i pianeti?
stelle. Alla fine del lavoro, tuttavia, i pia- condizioni iniziali nell'ammasso globula- e dei sistemi binari. ne erano tutti in orbita intorno a una stel- proposto che le future ricognizioni in cer-
neti individuati erano zero. Che cosa dovremmo concludere dalla re. Bisogna quindi specificare variabili co- Tutto ciò avviene nel contesto di diver- la, sono andati incontro a svariati destini. ca di sistemi planetari debbano essere
Qual è la spiegazione? Se ne possono mancata individuazione di pianeti nel- me la funzione di massa iniziale, la metal- si processi astrofisici, che sono inclusi Dopo 4 miliardi di anni - quando rimane- condotte in ammassi meno densi di que-
proporre un paio. Una dipende dall'appa- l'ammasso globulare 47 Tuc? In primo licità delle stelle, il numero di sistemi bi- nell'elaborazione durante l'integrazione, o va solo il 25 per cento della massa inizia- sto, come per esempio un ammasso aper-
rente relazione fra la composizione chi- luogo, occorre considerare che la vita di nari e le loro caratteristiche, il numero di evoluzione del sistema. Per esempio, noi le dell'ammasso - circa il 10 per cento dei to ricco di metalli. Al momento non è
mica di una stella e la sua preferenza per un pianeta in un ammasso globulare deve pianeti e la distribuzione di densità stella- prendiamo in considerazione anche l'evo- pianeti era stato separato dalla propria chiaro se la mancanza di pianeti giganti
pianeti giganti caldi. Nella ricerca di pia- essere molto diversa da quella di uno che re. Masse, posizioni e velocità delle stelle luzione dell'ammasso stesso, che compor- stella, e circa il 13 per cento di questi ri- caldi in 47 Tuc sia dovuta alla bassa me-
neti extrasolari in prossimità del Sole, si è orbita intorno a una stella in una regione sono pure vincolate dalla condizione che ta il collasso del nucleo e la perdita di maneva ancora nell'ammasso Quasi il 66 tallicità dell'ammasso oppure alle intera-
scoperto che le stelle ricche di «metalli» galattica meno affollata. Gli incontri e le l'ammasso inizi in equilibrio viriale: si stelle (evaporazione) a causa delle forze per cento dei pianeti era sfuggito dall'am- zioni dinamiche nel suo interno.
(con relativa abbondanza di elementi più vere e proprie collisioni fra stelle nelle re- tratta di una proprietà generale dei sistemi mareali della Galassia. Riteniamo che masso ancora vincolato alla stella genitri- Inoltre, espandendo il numero di para-
pesanti dell'elio) hanno una probabilità di gioni più densamente popolate devono legati gravitazionalmente, la quale impo- questo metodo di integrazione ci dia un'i- ce; circa 1'1 per cento era stato inghiottito metri nelle nostre simulazioni a N corpi,
possedere pianeti con periodi orbitali bre- avere profonde conseguenze sull'integrità ne che il valore assoluto dell'energia po- dea corretta di come possano comportarsi dalla stella e quasi il 4 per cento era pas- dovremmo riuscire a creare modelli più
vi almeno 10 volte maggiore rispetto alle dei sistemi planetari. Tenendo presenti i tenziale sia doppio di quello dell'energia i veri ammassi globulari contenenti centi- sato a orbitare intorno a un'altra stella. realistici. L'hardware GRAPE-6 da 1,0 te-
stelle povere di metalli. Le cause di questa risultati riguardanti 47 Tuc, diversi astro- cinetica nel sistema. Queste considerazio- naia di migliaia o milioni di stelle. I risultati mostrano anche che i pianeti raflop è ora disponibile: esso ci consentirà
relazione sono in corso di studio, ma qui fisici, noi compresi, hanno tentato di co- ni definiscono un ammasso di «età zero», Abbiamo eseguito tre simulazioni, nel- in orbite ampie - circa 50 unità astrono- di simulare circa 100.000 particelle in un
ci interessa solo far notare che le stelle struire modelli del destino dei sistemi pla- nel quale la formazione stellare è cessata e le quali è stata considerata l'evoluzione di miche (UA) dalla stella genitrice (l'UA è tempo ragionevole, e di avvicinarci così a
molto vecchie di 47 Tuc sono in genere netari in questi ambienti. tutto il gas residuo è stato rimosso. 22.000 stelle dell'ammasso (il 10 per cen- pari alla distanza media fra la Terra e il riprodurre un vero ammasso globulare.

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LE SCIENZE 413 /gennaio 2003 www.lescienze.it
di Elisabetta Tommasi
_
Verso
Terre
CVC
Dopo la scoperta di un centinaio di giganti gassosi
intorno ad altre stelle, ESA e NASA si preparano a lanciare
sonde per individuare pianeti abitabili
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sservare ininterrottamente 100.000 stelle per quattro anni. Per
r n scoprire, forse, la presenza di qualche centinaio di pianeti simili al-
la Terra al di fuori del nostro sistema solare. La NASA pensa che ne
valga la pena, e nel dicembre 2001 ha deciso di realizzare il proget-
to Kepler, nell'ambito del suo programma di piccole missioni scien-
n
tifiche, il Discovery Program, lo stesso che ha portato la sonda
NEAR sull'asteroide Eros e il rover Pathfinder su Marte. Kepler volerà
nel 200? e sarà il primo telescopio spaziale completamente dedicato alla ricerca di
pianeti extrasolari simili al nostro, situati nella cosiddetta «zona abitabile», vale a
dire la regione intorno alla stella in cui è possibile che si trovi acqua allo stato liquido
sulla superficie di un corpo orbitante. Un tale programma scientifico si adatta parti-
colarmente bene alle missioni Discovery, caratterizzate da obiettivi ben definiti,
complementari a quelli dei grandi progetti, e da costi contenuti (ogni missione ha a
disposizione «al massimo» 299 milioni di dollari).
Kepler è infatti un progetto relativamente «semplice» rispetto LA SONDA NEAR
alla complessità delle grandi missioni spaziali: avrà a bordo so- SHOEMAKER, atterrata
lo un telescopio di poco meno di un metro di diametro con cam- sull'asteroide Eros
po di vista molto ampio e 42 rivelatori assai sensibili che per- il 12 febbraio 2001,
metteranno di mettere in evidenza eventuali periodiche diminu- è stata sviluppata
zioni della luminosità di ognuna delle 100.000 stelle del cam- nell'ambito del
pione. Tali variazioni sono la spia del passaggio davanti alla Discovery Program, IN SINTESI
stella di un pianeta che ne oscura parzialmente la luce. Un me- il piano di piccole
todo quasi banale, ma che da Terra non è ovviamente possibile missioni della NASA di • I metodi finora adottati per individuare pianeti extrasolari
utilizzare, sia per il disturbo dell'atmosfera terrestre, che non cui fa parte anche hanno permesso di scoprirne oltre 100, ma non sono
consente di avere la sensibilità di misura necessaria, sia per l'im- Kepler afronte), che abbastanza sensibili da «vedere» pianeti di piccole dimensioni
possibilità di osservare le stelle ininterrottamente, a causa dei dal 2007 osserverà a notevole distanza dalla loro stella.
moti di rotazione e rivoluzione del nostro pianeta e delle condi- 100.000 stelle
• I programmi spaziali prevedono due fasi di esplorazione
zioni meteorologiche. per quattro anni
della Galassia per cercare nuovi pianeti: nella prima, tra il 2006
I pianeti scoperti negli ultimi 10 anni dagli osservatori a Terra consecutivi allo scopo
sono stati infatti individuati con un metodo diverso, basato sulla di individuare nuovi e il 2008, NASA, ESA e Agenzia spaziale francese metteranno
loro influenza sulla luce emessa dalla stella intorno a cui orbita- pianeti. In basso, rispettivamente in orbita Kepler, Eddington e COROT.
no, ma con osservazioni spettroscopiche anziché fotometriche, la costellazione • Per la seconda fase, che sarà awiata dopo il 2010, ESA e
analizzando cioè la variazione della distribuzione in frequenza del Cigno, su cui sarà NASA progettano Darwin e Terrestrial Planet Finder, ambiziose
della luce stellare anziché la diminuzione totale di luminosità. puntato il telescopio batterie di telescopi in configurazione interferometrica.
Anche in questo caso si tratta di differenze molto piccole e la di Kepler.
sensibilità degli strumenti attualmente a disposizione ha permes-
so finora di individuare solo pianeti giganti gassosi, simili a Gio- simulare l'effetto del passaggio di un pianeta, è stata superata gnitudo inferiore a 14. Il satellite percorrerà un'orbita simile a
ve, molti dei quali a distanza ravvicinata dalla stella madre, dove grazie alle recenti osservazioni solari del satellite SOHO, che han- quella terrestre, con un periodo di 372 giorni, che è il miglior
quindi la condizione di «abitabilità» non è verificata. no mostrato che tali differenze sono almeno di un ordine di compromesso tra la necessità di evitare occultazioni da parte di
Ciò che ha finora frenato la realizzazione di una missione grandezza minori di quelle che si vogliono osservare; e poiché il Terra e Luna e la rinuncia a raggiungere il punto lagrangiano L2
spaziale tutta dedicata alla ricerca di pianeti di tipo terrestre con Sole è una stella di tipo molto comune, si può ragionevolmente per contenere i costi di lancio. Lo strumento di bordo misurerà le
metodi fotometrici è la bassa probabilità di trovare un evento estendere questa caratteristica alle stelle del campione. Infine, più variazioni di luminosità nella banda visibile dello spettro e i pe-
positivo, dovuta sia ai limiti strumentali sia ai numerosi effetti di in generale, il clamore suscitato negli ultimi anni dalla scoperta riodi di rotazione dei pianeti individuati, da cui, conoscendo il
selezione dei possibili candidati: la stella deve avere un'età suf- di più di 100 pianeti extrasolari ha fatto sorgere, sia negli scien- tipo spettrale della stella, si potranno determinare la massa del
ficiente perché i pianeti abbiano avuto tempo di formarsi, deve ziati sia nell'opinione pubblica, la speranza di trovare forme di pianeta e le dimensioni dell'orbita.
essere abbastanza luminosa, e le variazioni intrinseche devono vita extraterrestre. E ha stimolato progetti di ricerca specifici (si
essere minori di quelle prodotte dal passaggio di un pianeta, il vedano i box alle pagine 52 e 53 su Darwin e Terrestrial Planet ROT: la sfida francese
piano orbitale deve avere un'inclinazione tale che il pianeta Finder) cui saranno molto utili i risultati di missioni come Kepler.
transiti davanti alla stella, il periodo di rivoluzione deve assicu- Con queste premesse, ormai, anche un esito negativo delle ri- Considerando che per la misura del periodo orbitale è neces-
rare più passaggi durante l'intervallo di osservazione e così via. cerche di pianeti di tipo terrestre avrebbe un significato impor- sario registrare almeno due transiti, e che per pianeti di tipo ter-
Ma ormai i tempi sono maturi, e gli scienziati della missione tante. Da non trascurare, poi, il fatto che Kepler scoprirà anche restre ci si aspettano periodi dell'ordine dell'anno, con un lancio
Kepler hanno trovato buone ragioni per convincere la Commis- un buon numero di pianeti giganti, soprattutto quelli con orbita previsto nell'autunno 2007 i primi risultati della missione Ke-
sione che ha analizzato i 26 progetti presentati per le prossime stretta (a causa dei passaggi più frequenti), permettendo quindi pler, per quanto riguarda i pianeti di tipo terrestre, si avranno
missioni Discovery che la probabilità di rilevare pianeti nella «zo- un confronto con le osservazioni da Terra e consentendo di de- non prima del 2009. A quel tempo però, con un po' di fortuna,
na abitabile» non è più tanto bassa. Innanzitutto la sensibilità dei terminare le caratteristiche di sistemi planetari anche molto di- forse qualcosa in più già si saprà, grazie al piccolo satellite fran-
rivelatori CCD ha ormai raggiunto i livelli di precisione indispen- versi tra loro, tra cui quelli multipli. cese COROT (COnvection ROtation and planetary Transits), che
sabili per questo tipo di osservazione: in laboratorio si sono otte- Come già accennato, la missione durerà un minimo di quat- sarà lanciato nel 2005.
nute misure con un'accuratezza di una parte su 50.000, circa un tro anni, con una possibile estensione a sei, durante i quali il te- Benché lo scopo principale della missione sia lo studio della
quarto dell'effetto stimato del transito di un pianeta di tipo terre- lescopio osserverà senza interruzione una regione di cielo nella sismologia stellare, durante la progettazione i responsabili della
stre davanti alla stella centrale. Inoltre, l'incertezza riguardante le costellazione del Cigno estesa circa il doppio dell'area coperta missione si sono resi conto che le stesse tecniche osservative po-
variazioni intrinseche della luminosità delle stelle, che possono dal Grande Carro, dove sono presenti circa 100.000 stelle di ma- tevano essere sfruttate anche per scoprire eventuali transiti di

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