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NEAR sta cercando nuove Terre attorno Alpha Centauri

Il “Near Earths in the AlphaCen Region”, strumento appena costruito per la ricerca di pianeti simili alla Terra e montato al Vlt dell’Eso, sta osservando le stelle A e B di Alfa Centauri, il sistema stellare più vicino al Sistema solare. L’obiettivo è produrre un’immagine diretta di un esopianeta abitabile.

Lo strumento NEAR (Near Earths in the AlphaCen Region) montato sul VTL dell’ESO in Cile ha visto la cosiddetta prima luce, cioè ha compiuto la sua prima osservazione dopo essere stato attivato. Questo strumenti è progettato per individuare esopianeti nel sistema di Alpha Centauri, formato da due stelle che, assieme alla compagna più lontana e più piccola Proxima, sono le più vicine al Sole a una distanza di circa 4,3 anni luce. L’ESO ha collaborato a questo progetto con il programma Breakthrough Watch.

very large telescope
Very Large Telescope

Dal 23 maggio gli astronomi dell’Eso stanno conducendo osservazioni al Vlt – per una durata complessiva di dieci giorni – per stabilire l’eventuale presenza di uno o più pianeti nel sistema stellare. Le osservazioni si sono concluse  l’11 giugno. I pianeti nel sistema, di dimensione pari a due volte la dimensione della Terra o più grandi, sono rilevabili con la strumentazione aggiornata. La banda di osservazione, dell’infrarosso vicino fino a quello termico, è significativa in quanto corrisponde al calore emesso da un candidato pianeta e consente quindi agli astronomi di determinare se la temperatura del pianeta permette la presenza di acqua liquida.

Alfa Centauri è il sistema stellare più vicino al Sistema solare, a 4,37 anni luce (circa 40mila miliardi di chilometri) di distanza. Consiste di due stelle simili al Sole, Alfa Centauri A e B, oltre alla stella nana rossa, Proxima Centauri. La conoscenza attuale dei sistemi planetari di Alfa Centauri è scarsa. Nel 2016, una squadra che utilizzava gli strumenti dell’Eso ha scoperto un pianeta simile alla Terra in orbita attorno a Proxima Centauri. Ma Alfa Centauri A e B rimangono sconosciuti; non è chiaro quanto questi sistemi stellari siano stabili per pianeti simili alla Terra, e il modo più promettente per stabilire se ci siano pianeti intorno a queste stelle vicine è proprio tentare di osservarli.

Il NEAR dispone di un coronografo a infrarossi in grado di rilevare piccoli pianeti simili alla Terra nonostante la presenza di potenti raggi di luce emessi da entrambe le stelle. In altre parole, la luce riflessa dal pianeta è talmente debole rispetto a quella del suo “Sole” che è impossibile distinguere l’una dall’altra. Liefke spiega che è stata trovata la soluzione seguente: “Nella telecamera è installato un diaframma che ha lo scopo di bloccare la luce emessa dalla stella. Questo strumento deve funzionare in maniera ottimale per non perdersi nemmeno un fascio di luce. La differenza di luminosità con la stella è davvero enorme: di circa trilioni di quadrilioni. Per questo, bisogna escludere una quantità incredibilmente elevata di luce per distinguere sullo sfondo il pianeta”. Ma questa luce si trova sulla gamma degli infrarossi, dunque può essere distinta dalla luce stellare.

In tal modo, questa luce può essere studiata con uno spettroscopio: “È possibile cercare impronte digitali chimiche degli elementi. Si può verificare se sul pianeta esistano determinate molecole che abbiano lasciato tracce in quel fascio di luce e se queste diano informazioni sulla presenza di acqua o di altri elementi nell’atmosfera: metano, ammoniaca o ozono”.

Tuttavia, non è possibile simulare la struttura del pianeta sulla base delle informazioni raccolte. Questo, e anche gli studi con lo spettroscopio, saranno resi possibili solamente da telescopi di generazione successiva.

La misurazione termina in breve tempo e anche per l’analisi dei dati ottenuti non ci vuole molto, ma bisogna agire in maniera accorta per rilevare e correggere eventuali errori. I dati saranno di libera fruizione sia per i professionisti sia per gli amatori.

C’è grande interesse per i risultati di questa ricerca sul sistema stellare più vicino al Sole. Negli anni scorsi c’erano stati alcuni annunci della possibile individuazione di esopianeti nel sistema di Alpha Centauri ma sono rimasti senza conferme. La speranza è di scoprire un pianeta roccioso nell’area abitabile del sistema ma anche se ci fosse la distanza sarebbe comunque troppo elevata per arrivarci.

Breakthrough Watch, il programma astronomico globale alla ricerca di pianeti simili alla Terra attorno a stelle vicine, e l’European Southern Observatory (ESO), l’organizzazione astronomica intergovernativa più importante d’Europa, ha annunciato “la prima luce” su uno strumento di individuazione del pianeta di nuova costruzione all’ESO Very Large Telescopio nel deserto di Atacama, Cile.

Il coronografo NEAR

NEAR si concentrerà sulle fasce abitabili delle due stelle di Alfa Centauri, ovvero quelle zone ad una distanza tale dalla stella da consentire l’esistenza dell’acqua in forma liquida. Questo strumento ha richiesto tre anni di lavoro e di ricerca, ed è stato realizzato in collaborazione dalle Università di Uppsala e Liegi, dalla Caltech e dal Kampf Telescope Optics.

Grazie a questo nuovo strumento, i pianeti verranno ricercati e osservati nella banda dell’infrarosso, da quello vicino a quello termico, in modo da poter rilevare anche la temperatura dell’eventuale pianeta, così da poter determinare se vi sia possibile la presenza di acqua allo stato liquido.

Fino ad ora nessun pianeta è stato rilevato attorno ad Alfa Centauri A e B, il sistema stellare più vicino alla Terra, la conoscenza di questi sistemi è infatti molto scarsa. Per ora è stato rilevato un solo pianeta attorno alla stella più piccola della Famiglia Centauri, la nana rossa Proxima Cenaturi, scoperto proprio dall’ESO nel 2016.

La sfida è quindi ora quella di puntare ad Alfa Centauri A e B, due stelle simili al Sole dove è probabile che si sviluppino le condizioni necessarie perché vi sia un pianeta abitabile e simile al nostro. Ma l’individuazione di un pianeta attorno ad una stella grande e luminosa è davvero un ardua impresa. Per riuscire nell’intento, Breakthrough Watch ed Eso, hanno dato vita a questo nuovo strumento: un coronografo ad infrarossi termici.

Si tratta di uno strumento progettato per bloccare la luce proveniente dalla stella e catturare la luce infrarossa emessa dal pianeta e non la debole luce riflessa che emette. In questo modo potrebbe essere più facile individuare un eventuale pianeta attorno alla sua stella, il coronografo è infatti in grado di creare una sorta di eclissi artificiale che oscura la stella e rende visibile il pianeta.

NEAR
Coronografo NEAR montato sul VLT

Il coronografo NEAR è stato installato su uno dei quattro telescopi del VLT, in un processo di aggiornamento di uno strumento precedente, il VISIR, rendendolo sensibile a queste specifichi lunghezze d’onda nella banda dell’infrarosso, necessarie per individuare gli esopianeti.

NEAR modifica lo strumento VISIR con: un coronografo: una tecnica chiamata ottica adattiva che deforma lo specchio secondario del telescopio compensando la sfocatura causata dall’atmosfera terrestre; e con nuove strategie di suddivisione dei dati che riducono il rumore. Inoltre NEAR consente di passare dall’osservazione di una stella all’altra in tempi molto brevi, lasciando quindi più tempo al telescopio per l’osservazione delle stelle di Alfa Centauri.

Lo spettrometro Visor

Se guardiamo il cielo notturno in una notte buia notiamo che ci sono diverse aree nere enormi nella Via Lattea. C’è qualcosa là fuori? O ci sono solo spazi neri vuoti tra le stelle?

Per anni gli astronomi si sono meravigliati della stessa cosa. La verità è che molte di queste zone oscure non sono altro che zone polverose che bloccano la luce visibile proveniente dalle stelle. Ciò significa che la luce viene assorbita dalla polvere, lasciando gli astronomi che lavorano alla cieca luce visibile senza informazioni da analizzare da queste regioni.

Il VLT Imager e Spectrometer per mid-InfraRed o VISIR è uno degli strumenti che gli astronomi usano per ovviare a questo problema. Questo strumento è stato installato sul VLT nel 2004 e può studiare la luce a infrarossi dagli oggetti celesti. Perché gli infrarossi? Questo tipo di luce, con una lunghezza d’onda più lunga del visibile (fino a 40 volte più lungo), si propaga molto meglio attraverso le nuvole di polvere, permettendo agli astronomi di studiare oggetti e processi straordinari come la formazione e l’evoluzione delle stelle, il vento stellare, le nubi molecolari e le protostelle che altrimenti si nascondevano dietro le nuvole.

Quindi VISIR è per le nebulose oscure quali sono gli ultrasuoni per le ispezioni mediche, può esaminare le regioni nascoste per studiare i bambini non ancora nati – nel caso degli embrioni stellari di VISIR. In soli 20 minuti, questo strumento può acquisire il maggior numero di immagini o spettri che un telescopio di 3 o 4 metri è in grado di fare in un’intera notte di osservazioni, consentendo agli astronomi di ottenere grandi risultati.

In linea di principio sembra facile, ma non lo è. È difficile da credere, perché non lo vedi, ma la luce a infrarossi è ovunque. L’atmosfera terrestre, gli animali, le macchine e persino il tuo corpo emettono luce infrarossa.

Questo onnipresente inquinamento luminoso a infrarossi può facilmente soffocare i deboli segnali a infrarossi dal cielo, rovinando le osservazioni nello stesso modo in cui la luce visibile delle stelle può essere sommersa dall’inquinamento luminoso proveniente da una città. Quindi, ingegneri e astronomi hanno sviluppato due tecniche, chiamate tagliare e annuire, per rilevare deboli segnali astronomici contro questo indesiderato inquinamento di fondo.

E c’è un ultimo problema … Se VISIR fosse alla stessa temperatura dell’ambiente circostante, il metallo e il vetro di VISIR emetterebbero molta luce infrarossa che potrebbe sopraffare qualsiasi debole segnale astronomico nel medio infrarosso. Quindi, per evitare questo effetto, l’intero strumento VISIR si raffredda fino a una temperatura vicina a -250 ° C. Immaginate: -250º C. Fa molto freddo! I due rilevatori dello strumento sono mantenuti ancora più freddi, a circa -270 ° C, solo pochi gradi sopra lo zero assoluto , il limite inferiore di temperatura (-273 ° C).

Spettrometro VISIR
VISIR è stato montato sul terzo telescopio VLT “Melipal” il 27 aprile 2004. Le circa 1,6 tonnellate di VISIR appaiono molto più piccole una volta montate dietro l’enorme specchio da 8.2 m di diametro di Melipal.Crediti: ESO

Come parte del progetto New Earths nel progetto Alpha Cen Region (NEAR) – una collaborazione tra ESO e le iniziative rivoluzionarie – VISIR è stato modificato per migliorare notevolmente la sua capacità di cercare pianeti potenzialmente abitabili attorno ad Alpha Centauri, il sistema stellare più vicino al Terra. Le prestazioni di VISIR sono state migliorate utilizzando l’ottica adattiva e una tecnica chiamata coronagraphy, che riduce la luce stellare e quindi rivela il possibile segnale di potenziali esopianeti terrestri.

Quindi, la prossima volta che vedi una macchia nera nel cielo, prova a immaginare cosa c’è dietro la polvere. Hai bisogno di un suggerimento? Chiedi a VISIR.

Altri progetti futuri

Oltre ai progetti con base Terra della Breakthrough, anche altri progetti potrebbero rivelare pianeti di Alpha Centauri. Una nuova generazione di “Extremely Large Telescopes” terrestri debutterà nel 2020. Con enormi specchi di oltre 30 metri di diametro, questi osservatori potrebbero ottenere immagini di mondi di Alpha Centauri con relativa facilità a lunghezze d’onda nell’infrarosso medio. Questi telescopi giganti dovrebbero essere costruiti grazie a tecnologie attualmente in fase di sviluppo da parte della Breakthrough e di altre organizzazioni, e offrirebbero la speranza di rilevare biomarcatori e altri gas nelle atmosfere dei pianeti per rivelare se sono abitabili, o addirittura abitati.

Con la sua ottica a infrarossi da 6,5 metri, anche il James Webb Space Telescope della NASA – il cui lancio è previsto per il 2018 – potrebbe teoricamente, monitorare il sistema di stelle nel medio infrarosso, ma probabilmente non lo farà. In quanto osservatorio multi-uso, gran parte della limitata vita di Webb è già impegnata in altre indagini astronomiche. Inoltre, dato che Alfa Centauri A e B sono così luminose e vicine fra loro, il coronografo di Webb potrebbe bloccare la luce solo di una delle due stelle mentre la luce dall’altra colpirebbe per decine di ore i delicati (e non riparabili) sensori del telescopio, un rischio che ben difficilmente i responsabili della missione si prenderanno.

Anche altre risorse spaziali potrebbero essere messe in campo per studiare Alpha Centauri nel visibile, riflessa invece che nell’infrarosso, fornendo un’analisi a più lunghezze d’onda che potrebbe definire con precisione la vera natura di eventuali mondi scoperti. Potrebbe farlo per esempio il successore di Webb della NASA, un telescopio spaziale di 2,4 metri chiamato WFIRST il cui lancio è previsto per la metà degli anni 2020. Ma come per Webb, anche WFIRST ha già una carnet già pieno di altre priorità di ricerca, e probabilmente sarebbe anch’esso esposto ai rischi dovuti alla luminosità e vicinanza delle due stelle.

Tuttavia, l’osservazione di pianeti nel visibile potrebbe richiedere l’esatto opposto di un megaprogetto governativo. Ruslan Belikov e Eduardo Bendek, due scienziati dell’Ames Research Center della NASA, hanno delineato progetti innovativi per un piccolo telescopio spaziale con uno specchio di mezzo metro che potrebbe essere lanciato entro la fine del decennio in una missione dedicata a ottenere immagini di base di ciascun pianeta di Alpha Centauri. L’idea, che ha un costo di realizzazione stimato in alcune decine di milioni di dollari, si è dimostrata abbastanza attraente da attirare l’attenzione di investitori privati. Anche la Breakthrough si dice che stia studiando una piccola missione spaziale, un telescopio dedicato alla visione delle oscillazioni di Alpha Centauri A e B, e non all’osservazione diretta di pianeti. Quelle oscillazioni, prodotte dalla spinta gravitazionale di mondi invisibili, potrebbero essere usate per definire con precisione la massa e l’orbita di ogni pianeta senza la necessità di ottenerne prima una immagine.

“Considero tutti questi sforzi decisamente complementari e, potendo, dovremmo portarli tutti a termine, perché nel loro complesso servono a dipingere un quadro più completo dei pianeti che potrebbero esistere intorno ad Alfa Centauri”, dice Belikov. “Certo, una parte di me vorrebbe che la la nostra idea fosse al primo posto, ma è trascurabile rispetto alla mia curiosità su cosa c’è là fuori e ai vantaggi offerti da una simile scoperta, quale che sia il metodo con cui è stata ottenuta… Non la considero una gara, ma una ricerca collettiva concertata. Quando un collega o un amico arriva alla meta, io esulto.”

 

Riferimenti e approfondimenti

  1. Hans-Ulrich Käufl, Markus Kasper, Robin Arsenault, Gerd Jakob, Serban Leveratto, Gerard Zins, Eloy Fuenteseca, Miguel Riquelme, Ralf Siebenmorgen, Michael Sterzik, Nancy Ageorges, Sven Gutruf, Dirk Kampf, Arnd Reutlinger, Olivier Absil, Brunella Carlomagno, Olivier Guyon, Pete Klupar, Dimitri Mawet,Garreth Ruane, Mikael Karlsson, Eric Pantin, and Kjetil Dohlen “NEAR: new earths in the Alpha Cen Region (bringing VISIR as a “visiting instrument” to ESO-VLT-UT4)”, Proc. SPIE 10702, Ground-based and Airborne Instrumentation for Astronomy VII, 107020D (6 July 2018); https://doi.org/10.1117/12.2313395
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