Telescopio Spaziale Kepler

Un passel di nuovi pianeti mostra che il nostro sistema solare è molto strano e non sappiamo perché

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Bene, questa è davvero una notizia molto bella : Gli astronomi hanno rilasciato un nuovo catalogo di esopianeti, pianeti alieni in orbita attorno ad altre stelle, rilevati dalla navicella spaziale Kepler, e il conteggio ora è totale 2335 pianeti verificati, con altri 1700 in attesa di conferma. Di questi, 30 sono confermati essere più o meno delle dimensioni della Terra e orbitare nelle zone abitabili delle loro stelle, con altri 20 in attesa di conferma!

Quello è Stupefacente . I nuovi risultati aggiungono 219 nuovi esopianeti candidati, 10 dei quali sono terrestri.

Ora, questa è la notizia appariscente (che spiegherò tra un secondo). Ma la notizia scientifica più interessante è che hanno trovato una certa scarsità di pianeti in una gamma di dimensioni tra circa 1,5 e 2,5 volte il diametro della Terra. Le stelle sembrano amare creare pianeti fino a quelle dimensioni, quindi saltare a circa 2,5 volte le nostre dimensioni. Come mai? E perché non vediamo pianeti come quello in Nostro sistema solare?



OK, prima di arrivare a questo, facciamo l'intera cosa di prenderti con-cosa-cosa.

Keplero è un osservatorio spaziale progettato per fissare un punto nel cielo che contiene circa 150.000 stelle. L'idea è che se una stella ha pianeti e l'orbita del pianeta è vista di lato dalla Terra, allora ogni volta che il pianeta passa direttamente davanti alla stella vedremo un calo della luminosità della stella. È come una mini-eclissi, chiamata a transito .

Spiego tutto questo in l'episodio degli esopianeti di Crash Course Astronomy :

Corso accelerato Astronomia: pianeti extrasolari

Ci vuole tempo per trovare effettivamente i pianeti, perché devi aspettare non solo che un pianeta transiti, ma che accada ancora , e poi di nuovo a Terzo volta. Un calo potrebbe essere dovuto a tutti i tipi di problemi, come macchie stellari (come macchie solari, ma su altre stelle) o altre stelle nel campo visivo che influenzano i risultati di luminosità. Un secondo tuffo stabilisce cosa potrebbe essere l'anno di un esopianeta (un calo, poi un altro un'orbita completa più tardi), ma la vera fiducia arriva quando se ne vede un terzo dopo il secondo con un tempismo coerente (in altre parole, un altro periodo orbitale di un esopianeta dopo). Allora puoi essere sicuro di aver trovato un pianeta.

Nel corso del tempo, sono stati rilasciati cataloghi con i dati attuali di Kepler e questo è l'ottavo catalogo di questo tipo. Questo nuovo comprende i primi quattro anni della missione e gli astronomi hanno completamente rielaborato tutti i dati, incluso l'utilizzo di nuove e più sofisticate tecniche sviluppate nel tempo sin dal primo rilascio di questo tipo.

geometria del transito degli esopianeti

Se l'orbita del pianeta è di fronte a noi, non vediamo alcun transito. Se è marginale, lo facciamo. Credito: Greg Loughlin

Ci sono due aspetti importanti dei dati. Uno è il periodo tra i cali, che ti dice la lunghezza dell'anno del pianeta e la sua distanza dalla stella (Kepler prende il nome da Johannes Kepler, un astronomo che scoprì che il periodo orbitale di un pianeta del sistema solare è matematicamente correlato a la sua distanza dal Sole, e che può essere generalizzata per un pianeta in orbita attorno a qualsiasi stella). Ti dice anche approssimativamente quanto è caldo il pianeta! Devi conoscere la distanza, oltre alla temperatura e anche le dimensioni della stella; una stella più fredda come una nana rossa può avere un pianeta che la orbita più vicino di quanto Mercurio orbita intorno al Sole, ma essere più fredda della Terra.

L'altro aspetto è la frazione di luce stellare bloccata. Questo ti dice la dimensione del pianeta, supponendo che tu conosca la dimensione della stella, che nella maggior parte dei casi facciamo da osservazioni utilizzando l'osservatorio Keck .

Esaminando tutti i dati, gli astronomi hanno trovato 219 nuovi possibili esopianeti (prima della conferma sono classificati come candidati). Di questi, 10 non solo hanno all'incirca le stesse dimensioni della Terra, ma orbitano anche alla giusta distanza dalla loro stella ospite per essere temperati, in quella che gli astronomi chiamano la zona abitabile. È più o meno equivalente all'intervallo di temperatura necessario per avere acqua liquida sulla sua superficie, come facciamo qui sulla buona vecchia Terra. Non è l'unica cosa necessaria per far nascere la vita, ma è un buon punto di partenza.

Questo nuovo catalogo porta a 30 il totale dei pianeti noti delle dimensioni della Terra che orbitano nella zona abitabile.

È un quantità . So che non sembra molto su 150.000 stelle, ma considera che non tutti i pianeti orbitano attorno alle loro stelle di taglio come visti dalla Terra. La maggior parte è inclinata, quindi mancano le loro stelle dal nostro punto di vista e non vediamo un transito. Statisticamente parlando, ci mancano almeno il 99% di loro! Quindi in quel pezzo di cielo che Keplero osserva ci sono probabilmente 3000 pianeti delle dimensioni della Terra nelle loro zone abitabili.

Ma aspetta, c'è di più: ci sono centinaia di miliardi di stelle nella galassia. Estrapolando ingenuamente, significa che ci sono miliardi di tali pianeti nella Via Lattea.

miliardi .

Whoa.

opera d'arte di un esopianeta simile alla terraIngrandire

Opera d'arte raffigurante un pianeta simile alla Terra in orbita attorno a una stella aliena. Quanti di questi pianeti esistono nella Via Lattea? Probabili miliardi. Credito: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle

[Opera d'arte raffigurante un pianeta delle dimensioni della Terra, anche simile alla Terra, in orbita attorno a una stella aliena. Quanti di questi pianeti esistono nella Via Lattea? Credito: NASA/JPL-Caltech/T. Pile]

Ma questo significa anche qualcos'altro. Quando trovi un oggetto, è difficile sapere molto sulla classe di oggetti a cui appartiene. Hai solo un esempio! Se trovi una strana lucertola nella giungla, è interessante, ma ti mostra solo che esistono tali lucertole. Ce ne sono di più grandi? Più piccolo? Quanti sono lì? Come mangiano, dove vivono, come si relazionano con le altre lucertole?

Stessa cosa con i pianeti. Trovarne uno è fantastico. Gli esopianeti esistono! Questa è una grande notizia.

Ma la scienza inizia davvero quando ne troviamo di più. Molto di più. migliaia di più. È qui che inizia la zoologia esoplanetaria.

Ed è qui che siamo ora. Con migliaia di esopianeti nel catalogo Kepler, le tendenze iniziano a mostrarsi. Molti pianeti trovati sono giganti gassosi come Giove, alcuni anche molto più massicci. Sono stati trovati molti pianeti delle dimensioni della Terra, ovviamente, e molti che sono un po' più piccoli di Nettuno.

Questo nuovo catalogo mostra qualcosa di molto strano, però : Gli astronomi hanno trovato molti pianeti che hanno circa le stesse dimensioni della Terra, fino a circa 1,5 volte il nostro diametro. Ma poi il numero cala improvvisamente. Una volta arrivati ​​a pianeti un po' più grandi del doppio della Terra, i numeri riprendono a salire. Questo è stato visto nei dati precedenti, ma ora i dati sono abbastanza completi da dimostrare che non si tratta di un problema tecnico. È statisticamente significativo; cioè reale.

istogramma delle dimensioni degli esopianetiIngrandire

Un istogramma delle dimensioni degli esopianeti: il numero di pianeti trovati (asse verticale) tracciato rispetto alle dimensioni del pianeta (asse orizzontale). Nota il diop tra 1 e 2 masse terrestri. L'opera d'arte di due esopianeti è mostrata per confronto. Credito: NASA/Ames/Caltech/Università delle Hawaii (B.J. Fulton)

Quello è molto interessante. All'estremità inferiore chiamiamo quei pianeti super-Terre, e alla dimensione superiore sono mini-Nettuno (Nettuno è circa 4 volte più largo della Terra). In effetti, per numero i mini-Nettuno sono il tipo più comune di pianeta trovato nel campione di Keplero!

Anche questo è interessante. Non abbiamo una super-Terra o un mini-Nettuno nel nostro sistema solare. Per qualche ragione, i pianeti più comuni nella galassia non si trovano intorno al nostro Sole .

Questo ci sta dicendo qualcosa di importante, anche se non è chiaro di cosa si tratti. Possiamo indovinare, però. I pianeti si formano da un disco vorticoso di materiale attorno a una giovane stella chiamata disco protoplanetario . I dettagli sono complicati, ma in generale prima si formano piccoli grani, poi si ingrandiscono quando si scontrano e si attaccano ad altri grani. Nel corso di milioni di anni questi si gonfiano fino a un chilometro di diametro (chiamiamo questi planetesimi) e si scontrano per formare protopianeti molto più grandi, larghi circa un migliaio di chilometri.

albero genealogico degli esopianetiIngrandire

Disegno che mostra la relazione tra i pianeti. Tutto dal disco protoplanetario; alcuni crescono abbastanza da essere giganti gassosi, altri rimangono piccoli come la Terra. Ma alcuni piccoli diventano mini-Nettuno. Tutti e tre i gruppi di pianeti sono distinti. Credito: NASA/Kepler/Caltech (T. Pyle)

Questi diventano i nuclei di veri pianeti come la Terra. Se il materiale si esaurisce prima che il protopianeta raggiunga le dimensioni della Terra, smette di crescere. Ma se ci sono ancora cose là fuori, possono diventare più grandi. Una volta che raggiunge circa 1,5 volte il diametro della Terra (che gli darebbe ben oltre 3 volte la massa della Terra*) la gravità diventa abbastanza forte da iniziare a trattenere gas più leggeri come l'idrogeno e l'elio. Questo è un momento spartiacque per il giovane pianeta, perché c'è molto di quel gas in giro. Può diventare molto più grande, saltando il divario per diventare un mini-Nettuno (almeno; potrebbe crescere fino a diventare un vero gigante gassoso come Saturno o Giove, ma questi sono di gran lunga meno comuni dei mini-Nettuno).

Almeno, questo è il pensiero corrente. Ma se è vero, perché non c'è nessuna di queste super-Terre o mini-Nettuno qui, in orbita attorno al Sole? Questo non è capito. Le ipotesi abbondano, e si tratta di Giove. Man mano che cresceva, Giove avrebbe interagito con il disco protoplanetario, migrando verso il Sole mentre attingeva materiale dal disco. Ha sollevato il disco lì, e qualsiasi protopianeta che si fosse formato si sarebbe schiantato l'uno contro l'altro, facendo volare i detriti. Gran parte di questo è stato espulso dal sistema solare interno, ma ciò che è rimasto ha formato i pianeti che vediamo ora. Poiché c'era meno materiale, i pianeti di seconda generazione che abbiamo nel sistema solare interno sono più piccoli. Successivamente, le interazioni gravitazionali con Saturno hanno richiamato Giove e abbiamo il sistema che vediamo ora.

Questo può essere corretto o meno; gli astronomi sono ancora nelle prime fasi per capirlo! Basta guardare il nostro sistema solare, è difficile sapere cosa sia cosa. Il confronto e il contrasto è un modo eccellente per scoprire le origini misteriose e le difficoltà crescenti del nostro sistema locale, e la buona notizia è che ora abbiamo molti altri sistemi planetari con cui confrontare il nostro.

Questo è un promemoria non così gentile di uno degli aspetti più meravigliosi dell'astronomia: quando scrutiamo l'Universo, guardando e studiando gli oggetti troviamo trilioni e trilioni di chilometri di distanza, scopriamo di comprendere la nostra stessa casa meglio.

Se questo fosse l'unico motivo per cui abbiamo fatto scienza, allora ne varrebbe la pena.

*La massa di un pianeta dipende dal suo volume e il volume aumenta come il cubo del raggio. Quindi un pianeta 1,5 volte più largo della Terra ha 1,5 x 1,5 x 1,5 = 3,4 la massa della Terra. Questa è una stima approssimativa, ma abbastanza vicina. Il punto è che la gravità è molto più forte.

[Credito immagine in alto: n ASA/JPL-Caltech ]

attacco del conduttore dello spettacolo


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