La curva di luce di TRAPPIST-1, ovvero: come funziona il metodo dei transiti?

Esistono diversi modi per scoprire un pianeta extrasolare e determinarne le proprietà di interesse. Uno di questi, e quello per ora più fruttuoso, è il metodo dei transiti. Grazie ad esso è stato possibile scoprire i 7 pianeti rocciosi orbitanti attorno a TRAPPIST-1.

Cosa succede durante un’eclissi solare? La Luna passa tra noi ed il Sole, impedendo alla sua luce di arrivare sulla Terra. Se guardassimo un grafico della luminosità solare in funzione del tempo osserveremmo quindi una luminosità costante che durante l’eclissi si riduce moltissimo e poi torna al suo valore costante. Se già non lo sapessimo, dal fatto che nel grafico la luminosità solare si riduce quasi del tutto potremmo ricavare l’informazione che la Luna ha dimensioni apparenti molto simili a quelle del Sole.

E più o meno questo quello che si fa per rilevare la presenza di pianeti extrasolari con il metodo dei transiti. Si osserva la seppur piccola riduzione di luminosità causata dal passaggio di un pianeta davanti ad una stella e da questa si deriva la dimensione del pianeta. Il fatto che la riduzione di luminosità sia periodica ci dà la conferma del fatto che sia legata alla presenza di un pianeta che ripete la sua orbita e non a variazioni non periodiche di altra natura (macchie solari ad esempio) ed oltre a ciò ci dà informazioni riguardo la distanza dei pianeti dalla propria stella. Più un pianeta orbita vicino alla propria stella più l’orbita sarà breve, e questo lo si vede chiaramente dal diagramma della luminosità di TRAPPIST-1 in figura. Si può osservare infatti, come il periodo dei transiti di 1b, il pianeta più vicino alla stella, sia estremamente più piccolo di quello di 1h, il più lontano, e che la lunghezza dei periodi sia crescente dall’interno verso l’esterno del sistema solare della nana rossa.

Questo diagramma mostra la variazione di luminosità della stella ultra-fredda TRAPPIST-1 in un periodo di 20 giorni tra settembre ed ottobre 2016 misurati dal telescopio Spitzer della NASA e da molti altri telescopi terrestri. La parte bassa del diagramma mostra quale dei pianeti è responsabile dell’eclissi di luminosità.

 

Un’illustrazione artistica del sistema planetario di TRAPPIST-1. Credits: NASA

Se il pianeta è poi provvisto di atmosfera, è anche possibile ricavare informazioni sulla sua atmosfera grazie alla piccola quantità di luce che passa attraverso di essa. Si tratta di un’operazione che richiede estrema precisione, e purtroppo difficilmente con l’attuale generazione di telescopi sarà possibile sui 7 pianeti di TRAPPIST-1 a causa della loro lontananza.

Ci sono ovviamente delle limitazioni a questo metodo:

  1. I piani orbitali dei pianeti devono necessariamente trovarsi sulla linea di vista. I pianeti che infatti orbitano su altri piani orbitali non eclissano la stella e quindi non si osserva alcuna riduzione di luminosità;
  2. Si trovano più facilmente pianeti grandi e con brevi periodi. Questi pianeti infatti eclissano maggiormente e con più frequenza le stelle, permettendo di accorgersi più facilmente della loro presenza. Il telescopio Kepler, prima che si rompesse, era progettato proprio per avere puntamento fisso su una regione di cielo ed osservare contemporaneamente moltissime stelle; in questo modo poteva osservarle a lungo e trovare così un maggior numero di esopianeti con periodo orbitale più lungo;
  3. Non è possibile ricavare informazioni su massa o densità dei pianeti, per i quali sarà necessario l’utilizzo di altri metodi.

 

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