Il TESS della NASA trova i suoi primi pianeti

“In un mare di stelle traboccanti di nuovi mondi, TESS sta tracciando una lista di pianeti promettenti per ulteriori studi”, ha detto in una dichiarazione Paul Hertz, direttore della divisione astrofisica presso il quartier generale della NASA a Washington” . “Questa prima luce mostra le capacità delle telecamere di TESS e dimostra suo potenziale nella ricerca di un’altra Terra.”

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Prima luce di TESS , la Grande nube di Magellano a destra e la luminosa stelle R Doradus a sinistra NASA/MIT/TES

TESS segue le orme del suo predecessore, il telescopio Kepler della NASA, che è stato  progettato per individuare gli esopianeti in transito. TESS guarderà stelle più vicine e più luminose rispetto a Kepler. Le stelle che TESS scruterà sono tra 30 e 300 anni luce di distanza, una distanza 10 volte più vicina rispetto quella di Keplero e saranno tra 30 e 100 volte più luminose. Verranno studiate circa 500.000 stelle, con il telescopio che prevede di scoprire oltre 20.000 pianeti extrasolari, compresi tra 500 e 1.000 oggetti di dimensioni terrestri e super-terrestri.

Il sistema è progettato per catturare esposizioni del cielo per un massimo di due ore, quindi i ricercatori si aspettano che anche altri fenomeni vengano rilevati mentre il telescopio completa le sue indagine a cielo aperto. Ciò include potenzialmente la possibilità di vedere controparti luminose visibili a raggi gamma e altri eventi transitori. La missione ha anche un altro  programma, che consente agli scienziati di utilizzare il satellite per ricerche specifiche.  TESS ha iniziato a raccogliere dati il ​​25 luglio 2018. Nel suo primo anno osserverà il cielo del sud per poi mappere il cielo del nord.

A Gennaio di quest’anno TESS ha rilevato tre esopianeti confermati. Le telecamere sensibili della missione hanno anche catturato 100 cambiamenti di breve durata la maggior parte probabilmente esplosioni stellari nella regione del cielo vivina alla stella. Includono sei esplosioni di supernova la cui luce di illuminazione è stata registrata da ancor prima che le esplosioni fossero scoperte dai telescopi terrestri.

Le nuove scoperte mostrano che TESS sta realizzando il suo obiettivo di scoprire pianeti attorno a stelle luminose vicine. Utilizzando telescopi terrestri, gli astronomi stanno ora conducendo osservazioni di follow-up su oltre 280 candidati da TESS.

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La piena immagine della “prima luce” ripresa da TESS mostra stelle e galassie nel cielo del sud durante un periodo di 30 minuti, martedì 7 agosto. NASA / MIT / TESS

Catturata una cometa prima di cominciare: Nel corso dei test, TESS ha scattato le immagini di C / 2018 N1, una cometa scoperta dal satellite NASA Near-Earth Object Infrarosso Survey Explorer (NEOWISE) il 29 giugno 2018. La cometa, che si trova a circa 48 milioni chilometri dalla Terra nella costellazione meridionale Piscis Austrinus, si vede muoversi attraverso il fotogramma da destra a sinistra mentre orbita attorno al Sole. La coda della cometa, che consiste in gas trasportati dalla cometa mediante un deflusso dal Sole chiamato vento solare, si estende fino alla sommità del telaio e ruota gradualmente mentre la cometa scorre attraverso il campo visivo.

Questo video riguarda una serie di immagini scattate il 25 luglio da Transiting Exoplanet Survey Satellite. L’estensione angolare del campo visivo più ampio è di sei gradi. Visibili nelle immagini sono la cometa C / 2018 N1, asteroidi, stelle variabili, asteroidi e luce riflessa da Marte. Crediti: Massachusetts Institute of Technology / Goddard Space Flight Center della NASA

Nelle video è possibile ricostruire il suo movimento, da destra a sinistra, mentre orbita attorno al Sole. Oltre alla cometa, le immagini rivelano un altro dettaglio, che è possibile osservare. Le stelle sembrano cambiare colore, dal bianco al nero. Questo cambiamento evidenzia la loro variabilità; infatti la loro luminosità varia a seguito di una pulsazione o di una rotazione rapida.

Gli asteroidi nel nostro Sistema Solare, appaiono come piccoli punti bianchi che si muovono attraverso il campo visivo. Verso la fine del video, si intravede un debole fascio di luce che si muove attraverso la sezione centrale del fotogramma, da sinistra a destra, proveniente da Marte. Gli ‘scatti’ hanno dimostrato le brilanti capacità del satellite, progettato per essere in grado di raccogliere una serie prolungata di immagini periodiche stabili in un’ampia regione del cielo. Se tutto va come previsto, infatti, Tess sarà in grado di realizzare immagini dell’85 per cento del cielo durante una vita operativa di due anni.

Le aspettative sulla missione sono ambiziose: si prevede che Tess grazie ai suoi strumenti sia in grado di scovare migliaia di esopianeti monitorando le stelle più luminose con il metodo del transito che ha permesso di scoprire più della metà dei 3700 esopianeti finora scoperti. Il telescopio James Webberede di Hubble, fornirà una serie di informazioni cruciali sui pianeti extrasolari più promettenti, consentendo agli scienziati di studiare le loro atmosfere.

I primi Pianeti scoperti: La prima scoperta confermata è un mondo chiamato Pi Mensae c circa due volte la dimensione della Terra. Ogni sei giorni, il nuovo pianeta orbita attorno alla stella Pi Mensae, situata a circa 60 anni luce di distanza e visibile a occhio nudo nella costellazione meridionale della Mensa. La stella luminosa Pi Mensae è simile al Sole in termini di massa e dimensioni.

“Questa stella era già nota per ospitare un pianeta, chiamato Pi Mensae b, che è circa 10 volte la massa di Giove e segue un’orbita lunga e molto eccentrica”, ha detto Chelsea Huang del Massachusetts Institute of Technology (MIT). “Al contrario, il nuovo pianeta, chiamato Pi Mensae c, ha un’orbita circolare vicino alla stella, e queste differenze orbitali rappresenteranno la chiave per capire come si è formato questo insolito sistema.”

Un’alttro pianeta LHS 3844b è roccioso, circa 1,3 volte la dimensione della Terra situato a circa 49 anni luce nella costellazione dell’Indo. La stella è una bella nana di tipo M circa un quinto delle dimensioni del nostro sole. Completando un’orbita ogni 11 ore, il pianeta si trova così vicino alla sua stella che parte della sua superficie rocciosa sul lato diurno potrebbe formare pozze di lava fusa.

Il terzo pianeta scoperto orbita intorno all’HD 21749, una stella di tipo K circa l’80% della massa del Sole e situata a 53 anni luce di distanza nella costellazione meridionale di Reticulum.

Il pianeta confermato, HD 21749b, è circa tre volte la dimensione della Terra e 23 volte la sua massa, orbita ogni 36 giorni e ha una temperatura superficiale di circa 150 gradi Celsius. “Questo pianeta ha una densità maggiore di Nettuno, ma non è roccioso. Potrebbe trattarsi di un pianeta d’acqua o avere un altro tipo di atmosfera “, ha spiegato Diana Dragomir, Hubble Fellow di MKI e autrice principale di un articolo che descrive la scoperta. È il pianeta in transito con il periodo più lungo nei 100 anni luce dal sistema solare, e ha la temperatura superficiale più fredda di un pianeta extrasolare in transito attorno a una stella più luminosa della decima magnitudine, o circa 25 volte più debole del limite della visione umana.

Ciò che è ancora più eccitante è il suggerimento che il sistema abbia un secondo pianeta candidato circa delle dimensioni della Terra che orbita intorno alla stella ogni otto giorni. Se confermato, potrebbe essere il pianeta più piccolo mai scoperto fino ad oggi.

Le quattro telecamere di TESS, progettate e costruite dal MKI e dal Lincoln Laboratory del MIT a Lexington, nel Massachusetts, trascorrono quasi un mese a monitorare ogni settore osservativo, una singola striscia del cielo che misura da 24 a 96 gradi. L’obiettivo principale è quello di cercare i transiti dei pianeti extrasolari, che si verificano quando un pianeta passa davanti alla stella ospite vista dalla prospettiva di TESS. Ciò provoca un calo regolare della luminosità della stella che segnala la presenza di un pianeta.

Nella sua missione primaria di due anni, TESS osserverà quasi tutto il cielo, fornendo un ricco catalogo di mondi attorno alle stelle vicine. Durante l’osservazione, TESS registra molti altri fenomeni, tra cui comete , asteroidi, stelle a brillamento , binarie eclissanti , stelle nane bianche e supernove.

Zoom del primo settore del cielo osservato dal Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA Credito: NASA / MIT / TESS

Solo nel primo settore TESS, tra il 25 luglio e il 22 agosto 2018 ha catturato dozzine di eventi di breve durata, o transitori, tra cui immagini di sei supernove in galassie distanti che sono state in seguito viste da telescopi a terra.

Queste prime osservazioni rappresentano la chiave per comprendere una classe di supernovae che servono da metro di valutazione per importanti studi cosmologici. TESS osserva la fusione di due nane bianche orbitanti e sistemi in cui una nana bianca assorbe gas da una stella normale, guadagnando gradualmente massa fino a diventare instabile fino ad esplodere. Gli astronomi non sanno quale scenario è più comune, ma TESS potrebbe rilevare modifiche alla luce iniziale dell’esplosione causata dalla presenza di un compagno stellare.

Tutti i dati scientifici prodotti da TESS sono stati recentemente rilasciati alla comunità scientifica attraverso l’ Archivio Mikulski per i telescopi spaziali (MAST) presso lo Space Telescope Science Institute di Baltimora. Più di un milione di immagini TESS sono state scaricate dal MAST nei primi giorni “, ha dichiarato Thomas Barclay, un ricercatore TESS presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, e l’Università del Maryland, nella contea di Baltimora.

Il Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA ha registrato più di 100 cambiamenti di breve durata – la maggior parte dei quali probabilmente esplosioni stellari di vario tipo – nel suo primo settore di osservazione. Sei di questi eventi, evidenziati in questo video, sono supernove – stelle che esplodono situate in galassie lontane.

Caratteristiche della missione

TESS è una missione di osservazione che è stata selezionata per lo sviluppo nel 2013 e lanciata in orbita il 18 aprile 2018. TESS valuterà nei due anni di ricerca previsti circa 200.000 stelle alla ricerca di esopianeti in transito di fronte alle proprie stelle, tra cui 1.000 nane gialle con caratteristiche simili al nostro Sole. L’indagine si concentrerà su stelle di tipo Ge K con magnitudine apparente sino a 12. Le simulazioni della missione TESS prevedono che troverà migliaia di nuovi pianeti extrasolari, tra cui centinaia di piccoli pianeti extrasolari, e anche pianeti rocciosi nelle zone abitabili delle loro stelle ospiti.

Orbita: Allo scopo di mantenere libero il campo visivo degli emisferi celesti, TESS utilizzerà un’orbita altamente ellittica] (HEO) in risonanza orbitale di 2:1 con la Luna, chiamata P/2 e mai usata prima. Il suo apogeo di 232 000 mi (373 368 km) è calcolato per mantenersi distante dalla Luna, che rappresenta un agente destabilizzante. Tale alta orbita dovrebbe rimanere stabile per decenni, ed è in grado di mantenere le lenti dei telescopi a temperature costanti. La maggior parte dell’orbita sarà effettuata al di fuori delle fasce di van Allen, per evitare danni da radiazioni. Ogni 13,7 giorni raggiungerà il perigeo di 67 000 mi (107 826 km) e trasmetterà i dati raccolti alla Terra in circa tre ore. La particolare orbita di TESS consente diversi vantaggi:

  • Osservazioni ampie e continue: > 300 ore per orbita
  • Stabilità termica: escursione < 40 mK/h (con controllo passivo)
  • Riduzione della luce straylight causata dall’interferenza tra Terra e Luna: un milione di volte inferiore rispetto ad un’orbita LEO
  • Bassi livelli di radiazione: L’orbita è esterna all’influenza delle Fasce di Van Allen
  • Finestre di lancio ridotte: possibilità di effettuare il lancio diverse volte per mese lunare
  • Eccellente punto di stabilità: nessuna resistenza o Stabilizzazione a gradiente di gravità
  • Alto tasso di trasferimento dati: 100 Mbit/s (200GB in 4,5 ore al perigeo)

Obiettivi scientifici: Il TESS è considerato il successore del telescopio Kepler; mentre Kepler esaminava una piccola porzione della volta celeste, circa lo 0,28%, il TESS la esaminerà tutta, osservando stelle dalle trenta alle cento volte più luminose di quelle osservate dal predecessore

 

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A sinistra: il campo visivo combinato delle quattro telecamere TESS. Al centro: suddivisione della sfera celeste in 26 settori di osservazione (13 per emisfero). A destra: il tempo totale dedicato alle osservazioni. Il cerchio nero tratteggiato che racchiude il polo dell’eclittica mostra la regione che il JWST potrà osservare ininterrottamente

Il TESS esaminerà stelle di classe spettrale G e K, ossia nane gialle e arancioni, con magnitudine apparente tra 5 e 12. Si stima che saranno osservate circa 500.000 stelle, catalogando almeno 3.000 pianeti in transito davanti alle proprie stelle, di cui circa 500 dalle dimensioni simili alla Terra o super Terre]. L’esplorazione sarà suddivisa in 26 settori di osservazione di 24° x 96°, con una sovrapposizione ai poli eclittici per aumentare la sensibilità nei confronti di esopianeti caratterizzati da masse più piccole e periodi orbitali più lunghi. Ogni settore sarà osservato per due orbite, ognuna delle quali durerà 13,7 giorni, mappando durante il primo anno l’emisfero sud e quello nord durante il secondo. Ognuna delle lenti del TESS acquisirà immagini con una cadenza di due minuti alla ricerca di diminuzioni di luminosità causate da pianeti in transito, con immagini full frame acquisite ogni 30 minuti in grado di offrire informazioni fotometriche per più di venti milioni di stelle nell’arco di sessioni di osservazione di diverse settimane, che offriranno anche l’opportunità di rilevare altri fenomeni di transito, quali lampi di raggi gamma

Gli esopianeti individuati potranno poi essere ulteriormente esaminati da strumenti avanzati quali il telescopio terrestre Automated Planet Finder e dallo spettrografo HARPS, oltre che dallo spettrografo ESPRESSO installato presso il VLT e dal telescopio spaziale James Webb.

Monitoraggio in follow-up

L’obiettivo principale del gruppo di lavoro sul monitoraggio in follow-up del TESS (TFOP, TESS Follow-Up Group) è di fornire osservazioni di follow-up che faciliteranno il raggiungimento del Requisito scientifico di Livello Uno per misurare le masse di 50 pianeti in transito inferiori ai 4 raggi terrestri. Un obiettivo secondario del gruppo di lavoro TFOP è quello di promuovere la comunicazione e il coordinamento sia all’interno del gruppo scientifico di TESS che con la comunità astronomica al fine di ridurre al minimo la duplicazione dispendiosa di osservazioni e analisi. Gli oggetti di maggiore interesse (TOIs, TESS Objects of Interest) saranno seguiti con l’imaging, la spettroscopia di ricognizione e la spettroscopia Doppler di precisione.

Organizzazione TFOP

Gran parte del gruppo di lavoro del TFOP analizza i dati in cinque aree generali di funzionalità, ognuna delle quali avrà il proprio sottogruppo (SG).

  • SG1: Fotometria a visualizzazione limitata per identificare i falsi positivi dovuti a sistemi binari eclissanti vicini che possono influenzare l’immagine di un pianeta in transito candidato. In alcuni casi, fornisce curve di luce migliorate, effemeridi e / o misura le variazioni del tempo di transito (TTV, Transit-timing variation).
  • SG2: Spettroscopia di ricognizione per fornire parametri spettroscopici che vincolano in modo più preciso le masse e i raggi dei pianeti, per rilevare falsi positivi causati da binare spettroscopiche e per identificare stelle non idonee per misure di velocità radiali precise, come ad esempio stelle in rapida rotazione.
  • SG3Imaging ad alta risoluzione con ottica adattiva, speckle imaging e / o studio delle immagini fortuite positive ottenute per rilevare oggetti che non sono stati ricavati dal catalogo principale di TESS o dalla fotometria a visualizzazione limitata.
  • SG4: calcolo delle velocità radiali precise con l’obiettivo di derivare le orbite planetarie e ricavarne le masse.
  • SG5: Fotometria spaziale con strutture come HST, Spitzer, MOST, CHEOPS e JWST, principalmente per confermare e / o migliorare le effemeridi fotometriche fornite da TESS, ed anche per fornire curve di luce migliorate per eventi di transito o anche TTV.

Disponibilità dei dati raccolti

I dati grezzi acquisiti dal telescopio TESS, circa 27 GB al giorno, vengono trasmessi a terra ogni due settimane e gestiti dall’archivio Mikulski per i telescopi spaziali (MAST) dell’STScI e resi disponibili al pubblico successivamente all’elaborazione ed alla convalida. L’inizio delle attività scientifiche è previsto per giugno 2018 e la prima pubblicazione dei dati è prevista per gennaio 2019.

Referenze

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