GAPS Team e l’osservazione dell’effetto Rossiter-McLaughlin

Rappresentazione artistica di un transito planetario. Crediti: NASA.

Rappresentazione artistica di un transito planetario. Crediti: NASA.

-Global Architecture of Planetary Systems e’ il programma di ricerca e caratterizzazione dei sistemi planetari multipli e della loro architettura. Caratterizzare un pianeta significa determinarne le sue proprietà fisiche principali quali la massa, dimensione, densità, temperatura, periodo orbitale e l’eccentricità’.

Un fenomeno estremamente interessante e’ l’effetto Rossiter-McLaughlin (in sigla lo possiamo indicare con RM), che si manifesta durante un transito planetario. Tale effetto non e’ altro che una variazione della velocità radiale della stella, ossia la velocità della stella misurata lungo la linea di vista dell’osservatore, quando il pianeta si muove lungo il tratto di orbita che si proietta sul disco della stella.

Cosa succede?

Quando una stella compagna, o un pianeta, transita sul disco della stella primaria, si viene a produrre una distorsione temporanea nei profili delle righe spettrali della luce proveniente dalla stella parzialmente eclissata, rilevabile come una variazione anomala della sua velocità rispetto a quella dovuto al solo moto orbitale.

Effetto Rossiter Mc-Laughlin. Crediti: Wikipedia

Effetto Rossiter Mc-Laughlin. Crediti: Wikipedia

Questa illustrazione tratta da Wikipedia mostra l’effetto RM. L’osservatore si trova in basso. La luce proveniente dalla stella, che ruota in senso antiorario, e’ spostata verso il blu sul lato in avvicinamento, e spostata verso il rosso nel lato opposto. Man mano che l’oggetto transitante passa di fronte alla stella, esso blocca prima la luce spostata verso il blu e poi quella verso il rosso, dando l’impressione che la velocità radiale apparente della stella vari, anche se in realtà resta costante.

Il sistema planetario Quatar-1, uno dei primi sistemi planetari studiati dal team GAPS, e’ formato da un Hot Jupiter (con massa pari a circa 1,3 volte la massa di Giove) in orbita attorno alla sua stella con un asse ben allineato con l’asse di rotazione della stella, ricca di elementi chimici più pesanti di idrogeno ed elio ed anche una delle più deboli attorno alle quali, con osservazioni da terra, sia stato rilevato un pianeta. La stella e’ una nana di tipo spettrale K, quindi più fredda del Sole ma con un’età’ simile, che ruota lentamente mostrando un’intensa attività sulla sua superficie. Tutto questo non e’ comune in stelle di questo tipo. L’intensa attività della cromosfera della stella si può comunque spiegare a causa dell’intensa interazione mareale con il pianeta gigante che le orbita intorno a distanza ravvicinata.

Effetto Rossiter Mc-Laughlin sul sistema Quatar-1. Crediti: GAPS Science Team

Effetto Rossiter Mc-Laughlin sul sistema Quatar-1. Crediti: GAPS Science Team

In questo sistema e’ stato osservato l’effetto RM. In questo grafico, ottenuto dai dati raccolti dal Team GAPS, in ascisse (asse orizzontale) viene riportato il tempo , in ordinate (asse verticale) la velocità radiale calcolata durante il transito del pianeta davanti alla stella. Se non ci fosse il pianeta transitante, questa porzione, che corrisponderebbe a circa tre ore di osservazione, sarebbe una linea retta, quella blu che si osserva nel grafico. a causa della presenza del pianeta, le misurazioni (che corrispondono ai punti neri sul grafico) combaciano quasi perfettamente con la curva teorica, quella rossa, corrispondente alla variazione della velocità radiale tipica dell’effetto RM per un transito planetario.

La misura dell’effetto RM permette di determinare l’angolo tra l’asse di rotazione della stella e quello dell’orbita del pianeta. Il valore di questo angolo, che per nessun pianeta del Sistema Solare supera gli 8 gradi, fornisce indicazioni preziose sui meccanismi che plasmano la conformazione dei sistemi planetari, in particolare aiuta a comprendere meglio i meccanismi di migrazione dei pianeti giganti dalle regioni più esterne fino a raggiungere orbite molto strette intorno alla stella centrale.

Rappresentazione artistica di un pianeta che presenta un'orbita retrograda. Crediti: NASA/ESA

Rappresentazione artistica di un pianeta che presenta un’orbita retrograda. Crediti: NASA/ESA

HAT-P-18 e’ un secondo sistema transiente studiato dal team GAPS, dove e’ stato possibile effettuare la misura dell’effetto RM. Il sistema si trova a circa 540 anni-luce di distanza dalla Terra, nella direzione della costellazione Ercole. Il pianeta, un Hot Jupiter con dimensioni confrontabili con quelle di Giove ma con una massa simile a quella di Saturno, ha una densità piuttosto bassa, circa 0,3 grammi per centimetro cubo, pari a meno di un terzo della densità dell’acqua.

Anche il pianeta HAT-P-18b si trova molto vicino alla sua stella, a circa 0,05 UA (circa dieci volte più vicino di quanto non lo sia Mercurio dal Sole) ed e’ soggetto ad azioni mareali molto forti che fa aumentare le temperature alla sua superficie in modo estremamente vertiginoso. E’ probabile che questo surriscaldamento del pianeta sia all’origine del notevole raggio e quindi della bassa densità del pianeta.

C’e’ una cosa curiosa che distingue i due pianeti su cui si e’ misurato l’effetto RM. Mentre Quatar-1 presenta un’orbita con obliquità praticamente nulla, quindi l’asse di rotazione del pianeta risulta parallelo all’asse di rotazione della stella, HAT-P-18b ha un’orbita così obliqua che si trova ad orbitare in modo retrogrado, cioè si muove in senso contrario, ossia retrogrado, rispetto a quello in cui ruota la stella. Per spiegare queste incongruenze, bisogna tener conto dei fattori che hanno giocato un ruolo fondamentale nell’evoluzione del sistema: le interazioni dinamiche con altri corpi presenti nel sistema.

Non solo. Analizzando questi due sistemi, emerge un altro aspetto interessante. Mentre per stelle più calde del Sole e’ comune trovare pianeti con orbite molto oblique, HAT-P-18 e’ uno dei rarissimi sistemi conosciuti finora attorno ad una stella più fredda del Sole, con un’orbita fortemente obliqua, e il primo sistema ad avere un’orbita retrograda.

Le osservazioni di questi due sistemi planetari sono state compiute grazie allo spettrografo HARPS-N montato al -Telescopio Nazionale Galileo. 

Informazioni ricavate da Identikit di Sistemi planetari –  di Caterina Boccato (INAF-Osservatorio Astronomico di Padova)
Press Kit sull’effetto RM – Media INAF – http://www.media.inaf.it/wp-content/uploads/2013/03/presskit_GAPS.docx
Media INAF – Un Saturno contromano

Sabrina

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Informazioni su Sabrina Masiero

Ricercatore Astronomo (Tecnologo III livello) presso INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo-Gal Hassin, Centro Internazionale delle Scienze Astronomiche di Isnello, Palermo. In precedenza: Borsista presso INAF-Osservatorio Astronomico di Padova e Fundaciòn Galileo Galilei, FGG-Telescopio Nazionale Galileo, La Palma, Isole Canarie.

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