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Prima osservazione diretta di un esopianeta dallo strumento GRAVITY sul Very Large Telescope Interferometer

Lo strumento GRAVITY sul Very Large Telescope Interferometer (VLTI) dell’ESO ha effettuato la prima osservazione diretta di un esopianeta mediante interferometria ottica. Questo metodo rivelava una complessa atmosfera esoplanetaria con nuvole di ferro e silicati che turbinavano in una tempesta planetaria. La tecnica presenta possibilità uniche per caratterizzare molti degli esopianeti conosciuti oggi.

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Lo strumento GRAVITY sul Very Large Telescope Interferometer (VLTI) dell’ESO ha effettuato la prima osservazione diretta di un esopianeta mediante interferometria ottica. Questo metodo rivelava una complessa atmosfera esoplanetaria con nuvole di ferro e silicati che turbinavano in una tempesta planetaria. La tecnica presenta possibilità uniche per caratterizzare molti degli esopianeti conosciuti oggi. Credito: ESO / L. Calçada

Questo risultato è stato annunciato oggi in una lettera nella rivista Astronomy and Astrophysics di GRAVITY Collaboration [1], in cui presentano osservazioni dell’esopianeta HR8799e usando l’interferometria ottica. L’esopianeta è stata scoperta nel 2010 in orbita intorno alla giovane stella della sequenza principale HR8799, che si trova a circa 129 anni luce dalla Terra nella costellazione di Pegaso.

Il risultato di oggi, che rivela le nuove caratteristiche di HR8799e, richiedeva uno strumento con altissima risoluzione e sensibilità. GRAVITY può utilizzare i quattro telescopi VLT di ESO per lavorare insieme per simulare un singolo telescopio più grande utilizzando una tecnica nota come interferometria [2]. Questo crea un super-telescopio – il VLTI – che raccoglie e districa con precisione la luce dall’atmosfera dell’HR8799e e la luce dalla stella madre [3].

HR8799e è un “super-Giove”, un mondo diverso da qualsiasi altro nel nostro Sistema Solare, che è sia più massiccio che molto più giovane di qualsiasi pianeta in orbita attorno al Sole. A soli 30 milioni di anni, questo piccolo pianeta extrasolare è abbastanza giovane da offrire agli scienziati una finestra sulla formazione dei pianeti e dei sistemi planetari. L’esopianeta è completamente inospitale – l’energia residua dalla sua formazione e un potente effetto serra riscaldano HR8799e ad una temperatura ostile di circa 1000 ° C.

Questa è la prima volta che l’interferometria ottica è stata utilizzata per rivelare i dettagli di un pianeta extrasolare, e la nuova tecnica ha fornito uno spettro squisitamente dettagliato di qualità senza precedenti – dieci volte più dettagliato rispetto alle osservazioni precedenti. Le misurazioni della squadra sono state in grado di rivelare la composizione dell’atmosfera di HR8799e – che conteneva alcune sorprese.

“La nostra analisi ha dimostrato che HR8799e ha un’atmosfera che contiene molto più monossido di carbonio rispetto al metano – qualcosa che non ci si aspetta dalla chimica di equilibrio”, spiega il leader del team Sylvestre Lacour ricercatore CNRS all’Osservatorio di Parigi – PSL e l’Istituto Max Planck per la fisica extraterrestre. “Possiamo spiegare al meglio questo risultato sorprendente con venti verticali elevati all’interno dell’atmosfera che impediscono al monossido di carbonio di reagire con l’idrogeno per formare metano”.

Il team ha scoperto che l’atmosfera contiene anche nuvole di ferro e polvere di silicato. Quando combinato con l’eccesso di monossido di carbonio, questo suggerisce che l’atmosfera di HR8799e è impegnata in una tempesta enorme e violenta.

“Le nostre osservazioni suggeriscono una sfera di gas illuminata dall’interno, con raggi di luce calda che turbinano attraverso le zone tempestose di nuvole scure”, elabora Lacour. “La convezione si muove intorno alle nuvole di silicati e particelle di ferro, che si disaggregano e piovono verso l’interno, dipingendo un’immagine di un’atmosfera dinamica di un esopianeta gigante alla nascita, sottoposto a complessi processi fisici e chimici.”

Questo risultato si basa sulla serie di incredibili scoperte di GRAVITY, che hanno incluso innovazioni come l’osservazione dell’anno scorso del gas che turbina al 30% della velocità della luce appena fuori l’orizzonte degli eventi del massiccio Black Hole nel Centro Galattico. Aggiunge anche un nuovo modo di osservare gli esopianeti al già vasto arsenale di metodi disponibili per i telescopi e gli strumenti dell’ESO – aprendo la strada a molte più impressionanti scoperte.

Note

[1] GRAVITY è stato sviluppato da una collaborazione costituita dall’Istituto Max Planck per la fisica extraterrestre (Germania), dall’osservatorio LESIA di Parigi-PSL / CNRS / Sorbonne Université / Univ. Paris Diderot e IPAG dell’Université Grenoble Alpes / CNRS (Francia), Max Planck Institute for Astronomy (Germania), Università di Colonia (Germania), CENTRA-Centro de Astrofisica e Gravitação (Portogallo) ed ESO.

[2] L’interferometria è una tecnica che consente agli astronomi di creare un super-telescopio combinando diversi telescopi più piccoli. Il VLTI dell’ESO è un telescopio interferometrico creato combinando due o più dei Telescopi Unit (UT) del Very Large Telescope o tutti e quattro i piccoli Telescopi Ausiliari. Mentre ogni UT ha un impressionante specchio primario da 8,2 m, combinandoli crea un telescopio con una potenza di risoluzione 25 volte superiore a quella osservata da un singolo UT.

[3] Gli esopianeti possono essere osservati utilizzando metodi diversi. Alcuni sono indiretti, come il metodo della velocità radiale usato dallo strumento HARPS per la caccia agli esopianeti dell’ESO, che misura la forza che la gravità di un pianeta ha sulla stella madre. I metodi diretti, implicano l’osservazione del pianeta stesso invece del suo effetto sulla stella madre.

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HR 8799 e è un pianeta extrasolare che orbita attorno alla stella bianca di sequenza principale HR 8799, situata nella costellazione di Pegaso a 129 anni luce dal sistema solare. È il pianeta più interno del sistema planetario.

HR 8799 e è il quarto pianeta scoperto attorno ad HR 8799, il più interno del sistema. Si tratterebbe di un vasto gigante gassoso o forse di una sub-nana bruna di massa compresa tra 5 e 13 volte la massa di Giove che orbita attorno alla sua stella ad una distanza di circa 14,5 unità astronomiche; se si trovasse nel sistema solare, l’oggetto si troverebbe quasi a metà strada tra Saturno e Urano.Tale distanza è stata ricavata mediante la relazione tra la separazione angolare misurata tramite l’osservazione diretta e la distanza stimata della stella dalla Terra. Si calcola che il pianeta impieghi circa 50 anni per percorrere la propria orbita.

La scoperta del pianeta, annunciata il 1º novembre 2010, è stata resa possibile mediante le osservazioni della stella, nel biennio 2009-2010, nelle bande K ed L dell’infrarosso da parte dei telescopi Keck.

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Schema delle orbite del sistema di HR8799

 

Panoramica su Gravity

Introduzione: GRAVITY è il primo strumento di seconda generazione per l’interferometro VLT. Nel suo cuore, lo strumento combina la luce di quattro telescopi e produce frange interferometriche in due interferometri separati, la scienza e il canale di tracciamento delle frange. Per la prima volta lo strumento è stato offerto alla comunità per regolari programmi di scienze nel P98. La verifica scientifica è stata eseguita con successo in P97 (vedere la pagina SV corrispondente). GRAVITY lavora per le cosiddette osservazioni di imaging e per osservazioni astrometriche di alta precisione mediante riferimenti di fase. Quest’ultima tecnica è ancora in fase di commissionamento e sviluppo. Le osservazioni GRAVITY vengono sempre eseguite in combinazione con il frang-tracker GRAVITY dedicato (FT); le osservazioni senza FT non sono possibili. L’FT può essere utilizzato in modalità ‘single-field’ in cui stella FT e stella della scienza sono uguali, o in modalità ‘doppio campo’, in cui il tracker frangia e i canali scientifici sono alimentati da oggetti diversi. Il caso FT a doppio campo consente di osservare gli obiettivi deboli che sono accompagnati da oggetti relativamente luminosi all’interno del campo visivo di 4 “di un AT o del 2” di un UT.

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ESO VLTI GRAVITY

Impostazioni spettrali: GRAVITY opera nella banda K ed è offerto in tre diverse impostazioni spettrali, vale a dire. bassa risoluzione (R ~ 20), risoluzione media (R ~ 500) e alta risoluzione (R ~ 4000). La modalità a bassa risoluzione viene offerta solo in modalità a doppio campo, poiché i dati di fringe-tracker dispersi hanno anche una risoluzione di circa 20 e vengono consegnati all’utente insieme ai dati scientifici. Si noti che l’intera banda K (da 2,05 a 2,45 micron) viene fornita da ciascuna impostazione spettrale.

Tempi di integrazione del rivelatore: Il fringe-tracker fornisce un affidabile ritardo di gruppo e il rilevamento del ritardo di fase e consente quindi tempi di integrazione sulla scienza fino a 30 secondi in condizioni di coerenza e tempo di coerenza medie. Questa stabilità consente osservazioni limitate sullo sfondo nella banda K.

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Schizzo della disposizione dell’interferometro del Vlt. La luce da un oggetto celeste distante entra in due dei telescopi del Vlt e viene riflessa dai vari specchi nel tunnel interferometrico, al di sotto della piattaforma di osservazione sulla cima del Paranal. Due linee di ritardo con carrelli mobili correggono in continuazione la lunghezza dei cammini in modo che i due fasci interferiscano costruttivamente e producano frange di interferenza nel fuoco interferometrico in laboratorio. Crediti: Eso

Referenze

  1. GRAVITY Collaboration; S. Lacour, M. Nowak, J. Wang, O. Pfuhl, F. Eisenhauer et al. First direct detection of an exoplanet by optical interferometry. Astrometry and K-band spectroscopy of HR8799 e. Astronomy & Astrophysics, 2019; DOI: 10.1051/0004-6361/201935253
  2. Gravity Collaboration 2017, A&A, 602, 94
  3. Christian Marois, et al., Images of a fourth planet orbiting HR 8799, in Astronomy & Astrophysics, 22 novembre 2010, DOI:10.1038/nature09684.
  4. F. van Leeuwen, HIP 114189, Hipparcos, the New Reduction, 2007.
  5. V342 Peg — Variable Star of gamma Dor type, SIMBAD. 

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