Come gli astronomi vanno a caccia di pianeti in altri sistemi solari (e come li trovano)
Vi siete mai chiesti come fanno gli astronomi a scovare nuovi pianeti al di fuori del nostro sistema solare? È una bella sfida, ma esistono dei metodi.
La nostra comprensione dell’Universo è cambiata drasticamente in meno di un secolo. Quasi 100 anni fa, Clyde W. Tombaugh scopriva Plutone (18 febbraio 1930), l’ultimo pianeta individuato fino al 1992, anno in cui l’umanità ha confermato l’esistenza del primo mondo orbitante attorno a un’altra stella. Questi corpi celesti sono oggi noti come esopianeti.
Sebbene ne siano stati catalogati oltre 6.000, ricordarli tutti è impossibile. Basti pensare a mondi estremi come HD 189733b, dove piove vetro fuso e i venti soffiano a 9.000 km/h. Ma perché investire così tante risorse in questa ricerca? La risposta risiede in una domanda ancestrale: siamo soli nell’Universo? Trovare una “nuova Terra” è il primo passo per rispondere e gli astronomi hanno a disposizione diversi metodi per farlo.
Una sfida per gli astronomi
Individuare un pianeta extrasolare non è solo una questione di potenza visiva. Come spiega Rhett Allain, professore associato di fisica alla Southeastern Louisiana University, in un articolo pubblicato su Wired, i telescopi hanno un limite intrinseco chiamato “potere risolutivo”.
Per il telescopio spaziale Hubble, ad esempio, questo limite è di 0,05 secondi d’arco (circa 1/72.000 di grado). Sebbene sia riuscito a scorgere un pianeta gigante a 590 miliardi di chilometri, quella distanza rappresenta solo 0,06 anni luce, mentre la stella più vicina, Proxima Centauri, dista ben 4,25 anni luce.
Esiste anche un problema di contrasto: i pianeti sono estremamente fiochi rispetto alle loro stelle. Proprio come Giove scompare durante il giorno perché la luce del Sole è molto più intensa della luce riflessa dal pianeta, la brillantezza di una stella lontana rende i suoi pianeti praticamente invisibili ai nostri sensori diretti. È per questa ragione che gli astronomi devono affidarsi a metodi che aggirino questo problema, basandosi essenzialmente sulla fisica.
Il metodo della velocità radiale e l’effetto Doppler
Il primo di questi metodi sfrutta la gravità e le leggi di Newton. Quando un pianeta orbita attorno a una stella, non è solo la stella ad attrarre il pianeta ma, per la terza legge di Newton (principio di azione e reazione: se un corpo A esercita una forza su un corpo B, il corpo B esercita sul corpo A una forza uguale in modulo e direzione, ma di verso opposto), è anche il pianeta ad attrarre la sua stella. Questo causa un’oscillazione della stella attorno a un baricentro comune. Non possiamo osservare direttamente questa oscillazione, ma siamo in grado di misurarla grazie all’effetto Doppler.
Immagina un treno in transito: il suono diventa acuto mentre si avvicina e grave mentre si allontana. “Questo significa che più onde colpiscono l’orecchio al secondo, ovvero hanno una frequenza più alta , e la percepiamo come un tono più acuto. Inoltre, sul lato posteriore le onde non vengono compresse. Se la palla si allontanasse da voi, il tono calerebbe”, spiega bene Allain.
Con la luce accade lo stesso, perché l’effetto Doppler funziona con tutti i fenomeni ondulatori: “Quando una sorgente luminosa si muove verso di noi, la frequenza aumenta. Per la luce visibile, questo significa che il colore cambia: si sposta verso l’estremità blu dello spettro. Chiamiamo questo fenomeno uno spostamento verso il blu. Quando si allontana, il colore si sposta verso l’estremità rossa: questo è uno spostamento verso il rosso”.
Analizzando queste variazioni spettrali nell’arco di più anni, si possono calcolare la massa del pianeta e la sua distanza orbitale.
Il metodo del transito
Il secondo metodo più utilizzato dagli astronomi è il cosiddetto metodo del transito. Pensiamo a una classica eclissi solare (lo scorso marzo, tra l’altro, abbiamo assistito alla più lunga del 21esimo secolo): la Luna passa davanti al Sole, facendo sì che la sua ombra cada sulla Terra. Anche Venere e Mercurio a volte passano tra il Sole e la Terra e qui parliamo di transiti solari che, pur non proiettando un’ombra sul nostro pianeta, ne diminuiscono leggermente la luminosità.
Ma cosa c’entra tutto questo con gli esopianeti? In verità anche qui possiamo osservare un transito: quando un pianeta extrasolare passa davanti al disco della sua stella, ne blocca una piccola frazione di luce. Un cambiamento leggerissimo che, però, siamo in grado di registrare grazie a strumenti ad alta sensibilità. Questo piccolo e apparentemente innocuo cambiamento nella curva di luce potrebbe essere, quindi, la prova dell’esistenza di un esopianeta attorno a una stella.
Con il metodo del transito siamo in grado di ottenere informazioni che il primo metodo non può darci, a cominciare dalla dimensione del pianeta: la profondità del calo luminoso indica quanto è grande il raggio del pianeta rispetto alla sua stella. Inoltre, ci fornisce un dato sul periodo orbitale: la frequenza con cui si ripete il calo indica la durata dell’anno del pianeta.
Ma è importante una precisazione di Allain: “Per il metodo del transito, l’esopianeta deve orbitare attorno alla sua stella su un piano che includa la Terra. Se tutto non è allineato, non otterremo alcun transito. Solo una piccola percentuale di sistemi solari soddisferà questa condizione”.
