Come osservare o scoprire un pianeta extrasolare

Gli astronomi dilettanti possono oggi riuscire a rilevare i pianeti extrasolari – o esopianeti – dal proprio cortile di casa. Sebbene non sia facile scoprire nuovi pianeti con un telescopio amatoriale, i professionisti hanno un elenco di pianeti noti che i dilettanti possono comunque esaminare. Questo è importante per due ragioni: i professionisti possono scoprire nuovi pianeti da aggiungere a un elenco di target; i dilettanti possono seguire l’elenco dei target fornendo i dati desiderati al professionista, poiché quest’ultimo avrà difficoltà ad avere il telescopio disponibile per l’osservazione continua.

I dilettanti, come la maggior parte dei professionisti, non possono vedere direttamente i pianeti oltre il sistema solare. Ma possono monitorare una stella e osservare i cali della luminosità causati da un pianeta che passa tra il suo sole e la Terra, una tecnica relativamente semplice nota come “metodo di transito”. La quantità di luce stellare bloccata dipende dalla dimensione del pianeta mentre la frequenza dei transiti davanti alla stessa rivela informazioni sull’orbita del pianeta.

Il tipo più efficace di raccolta di dati sui pianeti extrasolari da parte dell’astronomo dilettante è dunque attraverso il cambiamento fotometrico della luminosità stellare, un metodo che è alla portata di un buon telescopio dotato di una moderna camera CCD. Solo una manciata di stelle avrà una pianeta che transita davanti alla superficie della stella, tuttavia sono necessari dati continui su queste fonti, ciò consente ai professionisti di concentrarsi sulla rilevazione di nuovi pianeti.

Il semplice metodo del transito usato per rivelare un pianeta extrasolare.

Gli hobbisti sono particolarmente adatti a questo tipo di osservazioni. A meno che un pianeta non sia rannicchiato vicino alla sua stella, infatti, questi transiti possono avvenire solo una volta ogni diversi mesi o addirittura anni. Il tempo di osservazione sui grandi telescopi professionali è prezioso, va richiesto appositamente ed è spesso difficile dedicarlo a questo tipo di lavoro. I dilettanti, nel frattempo, possono osservare la stella che ospita il pianeta per tutto il tempo che vogliono.

Nel 1999, in due sere di settembre, i primi cali di luminosità rivelatori che era stato rilevato un pianeta extrasolare in transito che passa davanti alla sua stella furono ottenuti con un telescopio di 10 centimetri di diametro installato in un parcheggio accanto a un capannone di legno. Sebbene queste osservazioni siano state ottenute da astronomi professionisti, la configurazione utilizzata – un telescopio ad apertura modesta in una posizione senza pretese – dovrebbe stuzzicare molti intraprendenti astronomi dilettanti.

Cosa serve per rilevare un pianeta extrasolare

Quando un pianeta passa sopra la parte della stella di fronte a noi, la curva di luce della stella si abbassa per un po’ di tempo. Mentre il pianeta attraversa, la curva di luce ritorna normale. L’immagine in cima mostra una configurazione strumentale tipica con cui un dilettante può catturare immagini del transito. Si tratta di un telescopio Schmidt-Cassegrain da 20 cm con una fotocamera CCD da 765×510 pixel, ed il costo totale è di circa 4.000 euro, e la curva di luce fornita da un simile telescopio è visualizzata qui sotto.

Curva di luce del transito di un pianeta ottenuta con un sistema amatoriale (in alto) e, per lo stesso pianeta extrasolare, con un’attrezzatura professionale (in basso).

Per confronto, viene mostrata vicino una curva luminosa presa con uno strumento professionale. Come si vede, la curva è identica. Un gruppo di Spectrashift.com, inoltre, ha portato la rilevazione amatoriale di pianeti extrasolari al livello successivo. Utilizzando delle specifiche professionali per uno spettrometro domestico montato su un telescopio da 40 cm di diametro, questo gruppo è stato in grado di rilevare la veloc ità radiale di Tau Boo II, una stella con un noto sistema planetario.

In pratica, il telescopio da 40 cm è collegato, con un cavo in fibra ottica a un grande spettrometro. Attraverso lo spostamento dello spettro, è infatti possibile misurare la velocità di un corpo. Ma anche se non siete a questo livello e non avete il budget per uno spettrometro di questo tipo, ricerche organizzate come Transitsearch.org e database come quello di esopianeti della Nasa possono fornire ai dilettanti interessati un elenco di pianeti extrasolari per lo studio fotometrico continuo.

Schema di uno spettrografo amatoriale per rilevare la velocità radiale di un esopianeta.

Anche un nuovo database lanciato nel 2018, e gestito dalla American Association of Variable Star Observers (AAVSO), fornisce un punto di riferimento centrale per il monitoraggio a lungo termine che è essenziale per perfezionare le orbite e le proprietà di esopianeti noti e per cercare suggerimenti di mondi che devono ancora essere scoperti. Questo nuovo strumento si basa sulla missione mondiale dell’AAVSO a supporto degli osservatori di stelle variabili. Vedi il nostro articolo sulle stelle variabili qui.

L’AAVSO afferma che questo database è particolarmente importante con il recente lancio del Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA, che nel 2019 ha iniziato la sua missione di due anni per scansionare il 90% del cielo alla ricerca di pianeti in orbita attorno a molte delle stelle più luminose e vicine. TESS salterà da una regione del cielo all’altra, con la maggior parte delle aree che ottengono una copertura di appena 27 giorni. Il monitoraggio a terra da parte di professionisti e dilettanti sarà quindi essenziale per affinare le nostre conoscenze sui mondi planetari che TESS andrà scoprendo.

Immagine artistica del satellite Tess.

Inoltre, i dilettanti potrebbero persino essere in grado di trovare mondi – cioè pianeti extrasolari – che non sono ancora stati scoperti. Un pianeta invisibile, infatti, può mostrarsi indirettamente monitorando pianeti già noti. Un “tiro alla fune” gravitazionale fa sì che il pianeta noto transiti la sua stella un po’ più presto o un po’ più tardi. Ripetute osservazioni di queste “variazioni dei tempi di transito” possono rivelare non solo la presenza di un altro pianeta, ma anche dettagli sulla sua massa e orbita.

Nel database di esopianeti dell’AAVSO, gli osservatori possono caricare le loro osservazioni e setacciare i dati inviati da altri. Gli utenti forniscono informazioni sulla loro attrezzatura, dove e quando hanno fatto le loro osservazioni, collegamenti a immagini della stella target e un file di testo che elenca le misurazioni della luminosità della stella. I visitatori possono anche cercare stelle, esopianeti, intervalli di date e persino osservatori specifici per dati esistenti. Insomma, un prezioso aiuto per i cacciatori di esopianeti.

Dal monitoraggio alla scoperta di nuovi pianeti

Data la vastità dello spazio – e di quanto poco ne sappiamo – una normale Jane o Joe possono imbattersi in un nuovo pianeta facente parte di un sistema solare vicino. Un avvertimento: “Scoprire” gli esopianeti è molto diverso dal “rilevarli”. I dilettanti che hanno individuato esopianeti hanno in genere attrezzature piuttosto serie e costose, mentre i dilettanti che hanno “avvistato” o monitorato esopianeti confermano un transito che i professionisti hanno già rilevato con i loro telescopi o satelliti.

Un rifrattore apocromatico da 10 cm di diametro.

Lo stesso tipo di strumento e metodo utilizzato per scoprire il primo transito di un esopianeta è quello che i dilettanti possono continuare a usare per scoprire i pianeti. Il primo esopianeta in transito è stato scoperto guardando con un telescopio da 10 cm una stella relativamente luminosa che era già nota dalla tecnica del transito ospitare un esopianeta. Non solo: tale tecnica rivela il periodo, l’eccentricità e la massa minima del pianeta, e rivela anche quando il pianeta dovrebbe passare davanti alla sua stella lungo il nostro campo visivo (con un’incertezza da decine di minuti a poche ore nei casi migliori).

Molte di queste stelle di velocità radiale sono relativamente luminose e sono possibili le profondità di transito previste per i pianeti giganti (circa l’1% di variazione della luminosità, in genere) con telescopi amatoriali modesti dotati di CCD operanti in siti incontaminati. Quindi tutto ciò che è necessario è che gli astronomi dilettanti interessati siano convinti a guardare stelle specifiche in momenti specifici ed a ottenere e condividere il massimo che si spera risultare da curve luminose di qualità.

Anche per un dilettante dedicato, rilevare con fermezza un calo di transito dell’1% su stelle con magnitudine visuale di 8 o più debole non è roba per i deboli di cuore. La guida di Bruce Gary “Exoplanet Observing for Amateurs” (2012), che è disponibile online gratuitamente per il download, è una risorsa eccellente che spiega le sfide associate e come affrontarle realmente con precisione. Dunque, un dilettante dedicato, ambizioso, osservando da un sito incontaminato con un ugualmente impressionante telescopio amatoriale può realisticamente scoprire nuovi pianeti da aggiungere a quelli già noti.

Curva di luce di un pianeta extrasolare presa con un telescopio Meade LX-200 da 35 cm.

La caccia ai pianeti nella zona di abitabilità

Se vuoi, puoi unirti a un progetto emergente chiamato “Habitable Exoplanet Hunting Project”, sotto la guida del coordinatore Alberto Caballero, egli stesso un astronomo dilettante operante in Spagna che è visibile su YouTube attraverso il suo canale “The Exoplanets Channel”. L’idea del nuovo progetto è di aiutare i dilettanti a scoprire più esopianeti nella zona abitabile, limitando la ricerca alle stelle di classe G, K e M che mostrano attività a bassa luminosità. È noto che le stelle esaminate dal progetto hanno esopianeti di transito al di fuori della zona abitabile e sono tutte entro 100 anni luce dal Sole.

Come scoprire se ci sono pianeti non ancora individuati attorno a tali stelle? Caballero ha contattato gli astronomi dilettanti coinvolti nel TRESCA (Transiting ExoplanetS e CAndidates), un gruppo organizzato dalla sezione Variable Star ed Exoplanet della Czech Astronomical Society, che comprende 191 osservatori. Ha anche consultato l’American Association of Variable Star Observers (AAVSO) nella sua ricerca per trovare dilettanti disposti a partecipare a un’impresa globale, in grado di monitorare stelle specifiche in un momento prestabilito ogni settimana. Più astronomi volontari ci sono, meglio è.

Raccogliendo dati 24 ore al giorno, sette giorni alla settimana, il team spera di monitorare i singoli obiettivi quando potrebbe verificarsi un transito di un pianeta della zona abitabile. I 32 osservatori dilettanti partecipanti sono già arruolati per quando il progetto sarà online, e Caballero nota che la copertura del cielo meridionale sarebbe particolarmente gradita man mano che lo sforzo aumenta.

Visione artistica di un pianeta extrasolare.

Non mancano gli obiettivi. Tra le nane-M, le stelle vicine più numerose, ce ne sono quasi 2.000 in 100 anni luce e Caballero afferma che le attrezzature amatoriali sono in grado di rilevare pianeti abitabili come la super-Terra intorno a LHS 1140b, con una profondità di transito dello 0,6%, così come mondi più piccoli. Vi sono poi 508 stelle di classe G nello stesso raggio di 100 anni luce e ben oltre 900 stelle di classe K senza flare stellati. Caballero crede che possano essere scoperti fino a 25 pianeti abitabili utilizzando questi metodi, se può essere implementata una rete di telescopi abbastanza grande.

L’Habitable Exoplanet Hunting Project presuppone che ogni astronomo dilettante debba raccogliere dati dalla stella bersaglio circa un’ora alla settimana, a condizione che sia possibile raggiungere un obiettivo iniziale da parte di 200 osservatori.  Le nane-M sembrerebbero essere le principali stelle bersaglio per uno sforzo del genere, perché i pianeti abitabili della zona saranno abbastanza vicini alla stella ospite da avere brevi periodi orbitali, con un’alta profondità di transito e quindi più facili da individuare.

Il team di Caballero, tuttavia. preferisce le stelle di classe K, che emettono radiazioni UV e raggi X inferiori rispetto a una stella G media (come il Sole) e hanno anche una vita più lunga. È una scelta che ci ricorda come un “gemello” terrestre potrebbe effettivamente orbitare attorno a un tipo di stella leggermente diverso dal nostro, dove le condizioni di abitabilità potrebbero essere migliori di qui.

Partecipa a un progetto di citizen science

Planethunters è stato un progetto di citizen science (http://www.planethunters.org/) che ha permesso ai dilettanti di cercare i pianeti usando i dati del telescopio spaziale Kepler della NASA, uno strumento con specchio da 0,95 m di diametro in orbita terrestre, progettato per fornire fotometria ultraprecisa di 150.000 stelle in un piccola zona del cielo vicino alla costellazione del Cigno. L’obiettivo era di scoprire pianeti extrasolari di varie dimensioni e con periodi di un anno, per determinare la frequenza dei pianeti simili alla Terra nelle zone abitabili di altre stelle.

Il sito web di Plantehunters.

Fra i 340 esopianeti scoperti tra il 1991 e il 2011, ci sono 58 pianeti di transito noti – e la maggior parte di questi sono stati confermati grazie ai dati raccolti da dilettanti. Essere sintonizzati su ciò che gli scienziati stanno cercando (e quando) non è però l’unico modo in cui i dilettanti possono contribuire all’astronomia. Se stai cercando di aiutare a individuare indizi planetari, dai un’occhiata a Disk Detective.

Guidato e finanziato dalla NASA, il progetto offre agli appassionati di astronomia la possibilità di aiutare a classificare i dischi di detriti tra una vasta raccolta di immagini interstellari raccolte dalla missione WISE della NASA. Dopo un breve tutorial, chiunque, anche le persone senza telescopi, possono analizzare le immagini per aiutare gli astronomi ad analizzare il vasto numero di immagini. Per saperne di più su questo progetto collaborativo, puoi visitare il portale web DiskDetective.Org.

Il bel sito web di DiskDetective.

Gli esopianeti sono cose troppo “piccole” per te? Potresti essere interessato ad aiutare gli astronomi a dare un’occhiata alle galassie lontane. Proprio come Disk Detective, il progetto Galaxy Zoo contiene milioni di immagini raccolte da vari telescopi, tra cui Hubble. Scarica una piccola guida su ciò che stai guardando e puoi aiutare a classificare le galassie per forma o per caratteristiche. Inoltre, tutta questa citizen science ha contribuito a un’impressionante numero di ricerche pubblicate.

Potrebbe non essere solo un esopianeta o una galassia che scopri. Nel 2007, una donna olandese di nome Hanny van Arkel ha cliccato sulle foto del Galaxy Zoo e ha notato una strana nube in una delle immagini. Gli astronomi la guardarono e si resero conto che aveva individuato qualcosa che non avevano mai visto prima: una nube di gas grande come il nostro sistema solare, illuminata dall’energia del buco nero di una galassia vicina. La chiamarono Voorwerp di Hanny – l’oggetto di Hanny in olandese.