SPHERE e il direct imaging

o strumento SPHERE montato al VLT-Very Large Telescope. Crediti: ESO.

Ottenere delle immagini dirette dei pianeti orbitanti attorno a stelle diverse dal nostro Sole è uno degli obiettivi principali dell’Astrofisica, in particolare nello studio dei pianeti extrasolari.

Quasi tutti gli esopianeti sono stati individuati con metodi indiretti, misurando cioè gli effetti che la loro presenza ha sulla luminosità e sul moto delle stelle ospiti.

Riuscire invece a catturare l’immagine vera e propria di un pianeta attorno a una stella è come catturare l’immagine di un moscerino di passaggio vicino a un potente faro posto a diversi chilometri di distanza. Il primo passo da compiere per fare ciò è riuscire a eliminare dall’immagine la luce accecante del faro, ossia della stella; il secondo è ottenere un contrasto così alto da riuscire a rilevare il moscerino, ossia il pianeta.

Con SPHERE-Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research la rilevazione del pianeta è diretta (per questo motivo si parla di “direct imaging”) perché viene raccolta la luce proveniente dal pianeta e risolta da quella della sua stella. Questo potente strumento, è un coronografo montato al VLT-Very Large Telescope in Cile.

Numerosi sono i risultati ottenuti dal 2014 ad oggi con SPHERE.

In questa immagine sono indicati con le lettere b, c, d , e i 4 pianeti attorno alla stella HR8799, in diversi filtri di IRDIS, J, H2, H3, H, K1, K2. La luce della stella, nascosta dietro al coronografo al centro delle immagini, è stata attenuata grazie ad un Angular Differ

Uno di questi riguarda il sistema planetario HR8799, distante dalla Terra circa 130 anni luce. È un sistema formato da una stella giovane di sequenza principale e da quattro pianeti giganti gassosi massicci che gli orbitano attorno. I primi tre pianeti che costituiscono tale sistema sono stati scoperti nel 2008, utilizzando per la prima volta la tecnica dell’osservazione diretta. Il quarto pianeta, distante 50 volte la distanza Terra-Sole, è stato scoperto successivamente, tra il 2009 e il 2010, grazie a osservazioni nella banda infrarossa. Oltre ai quattro pianeti giganti, il sistema HR 8799 è caratterizzato da due fasce di asteroidi, una più interna e una più esterna ai pianeti, e ciò renderebbe questo sistema in qualche modo simile al nostro Sistema Solare. Inoltre, osservazioni compiute in diverse bande dello spettro hanno consentito di caratterizzare le loro atmosfere.

Tutto ciò rende tale sistema planetario un laboratorio perfetto e unico per studiare la chimica e la fisica delle atmosfere planetarie, inoltre, permette di testare le teorie sulla formazione planetaria, di indagare le architetture dei vari sistemi planetari ed eseguire studi di esoplanetologia comparativa.

SPHERE combina due tecniche all’avanguardia ed estremamente sofisticate. Da una parte, l’ottica adattiva, un procedimento complesso che corregge gli effetti dovuti all’atmosfera terrestre e agli effetti dovuti anche allo strumento al fine di produrre immagini nitide del pianeta extrasolare e col migliore contrasto. Dall’altra, vi la coronografia che serve a sopprimere la luce della stella in modo da far emergere ciò che si trova nelle sue immediate vicinanze. Pensate al Carnevale e alla maschera che si è soliti usare per coprirsi il viso. Che cosa vede la gente di noi quando nascondiamo il nostro viso dietro a tale maschera? Al di là del fatto che ci sono due forellini per gli occhi, che possiamo pensare di cancellare, di noi viene visto tutto il resto, tranne il viso. Così, fa un coronografo. Si copre la stella e si svela tutto quello che gli sta intorno: se vi è un pianeta sufficientemente grande e sufficientemente separato dalla stella, allora noi lo possiamo individuare. Tutto dipende dalla combinazione di più fattori, non solo dalla distanza relativa stella-pianeta e dalle dimensioni del pianeta, ma anche dalla distanza della Terra e quindi dell’osservatore che osserva i due oggetti separati.

Infine, vi è un’altra tecnica innovatica che è nota come imaging differenziale, la quale sfrutta le differenze tra la “luce” del pianeta e quella della stella in termini di polarizzazione e colore. Queste sottili differenze possno essere impiegate per rilevare pianeti extrasolari ancora invisibili.
Un video che ho realizzato con Federico Di Giacomo, attualmente all’INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, e in collaborazione col GAPS Science Team.

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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