Agli estremi confini della scienza:
I pianeti extrasolari
Anna Cinzia Marra
Formazione del Sistema Solare
I pianeti extrasolari
Lecce, 17 marzo 2005
Un po’ di storia




V-III sec. a.C.: Leucippo, Democrito, Epicuro
Giordano Bruno (1548-1600)
1926: Amazing stories, nasce la fantascienza
1930: Peter van de Kamp e la stella di Barnard
I pianeti extrasolari
Lecce, 17 marzo 2005
Astrometria
I pianeti extrasolari
Lecce, 17 marzo 2005
Un po’ di storia

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V-III sec. a.C.: Leucippo, Democrito, Epicuro
Giordano Bruno (1548-1600)
1926: Amazing stories, nasce la fantascienza
1930: Peter van de Kamp e la stella di Barnard
1952: Otto Struve e le previsioni sull’osservabilità dei
pianeti extrasolari
I pianeti extrasolari
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Otto Struve
VELOCITA' RADIALI
Previsioni sull'osservabilità dei pianeti
extrasolari
The Observatory, 72, 199-200 (1952)
TRANSITI
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Un po’ di storia


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

V-III sec. a.C.: Leucippo, Democrito, Epicuro
Giordano Bruno (1548-1600)
1926: Amazing stories, nasce la fantascienza
1930: Peter van de Kamp e la stella di Barnard
1952: Otto Struve e le previsioni sull’osservabilità dei
pianeti extrasolari
 1992: Wolszczan & Frail: pianeti di tipo terrestre in orbita
intorno alla pulsar PSR 1257+12
 1995: Mayor & Queloz (Osservatorio di Ginevra): pianeta
di tipo gioviano intorno alla stella 51Pegasi
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Definizione di pianeta
Che cosa fa di un oggetto celeste un pianeta?
 Massa: compresa tra la massa di Plutone e 10 MJup
 Formazione: per accumulazione di particelle in un disco di
polvere e non per condensazione da nubi gassose, come
le stelle
 Tipo: terrestre o gioviano
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I dischi circumstellari
Fin dal 1984 si sa che Beta Pictoris, una stella poco più
calda del Sole e distante 50 anni luce, è circondata da un
disco di polvere.
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Tecniche di rivelazione
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Ritardo temporale delle Pulsar
Le pulsar sono stelle
collassate che ruotano su
se stesse in modo
estremamente veloce,
anche più volte al
secondo, emettendo,
come fari cosmici, fasci di
onde radio molto collimati
e a intervalli di tempo
straordinariamente
precisi, lungo i loro assi
magnetici.
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PSR 1257+12
Massa
(MT)
0.015
3.4
2.8
Distanza
(UA)
0.19
0.36
0.47
Periodo orbitale
(giorni)
25.34
66.54
98.22
Successivamente si è scoperto che anche intorno alla pulsar
PSR B1620-26 orbiterebbe un pianeta.
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Ostacoli all’osservazione diretta
 L’osservazione diretta è
 Ci sono due motivi:
l’unico modo per cercare di
– I pianeti noti hanno orbite
determinare la
molto vicine alla stella
composizione di un pianeta
 La maggior parte hanno
orbite più piccole di quella
 Ma tutti i pianeti extrasolari
di Mercurio!
noti sono impossibili da
 La separazione angolare
vedere con le tecniche
tra il Sole e Giove sarebbe
attualmente a nostra
di appena 1 arcsec già a 5
disposizione (neppure
pc!
l’Hubble è in grado di
– I pianeti noti sono troppo
vederli!)
deboli
 Giove, per
TMR-1C
nelesempio,
Toro è più
di un miliardo di volte
meno luminoso del Sole
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Effetto Doppler
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Misure di velocità radiali
Velocità radiali
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Misure di velocità radiali
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Misure di velocità radiali
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Limitazioni
 La massa che si può calcolare è la minima massa di un
pianeta necessaria per creare lo shift osservato, che
coincide con la massa effettiva solo se il piano dell’orbita è
perpendicolare al piano del cielo.
 L’effetto di Giove sul Sole è di 12.5 m/s, mentre quello
della Terra è di 0.1 m/s. Con gli attuali strumenti, possiamo
misurare velocità di 3 (o al meglio 1) m/s.
 Tale limite rende estremamente difficile individuare, con
questo metodo, pianeti di tipo terrestre.
Finora con questo metodo sono stati individuati più di 120
pianeti di tipo gioviano.
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51 Pegasi
Il primo pianeta extrasolare in orbita
UA “normale” è
intornoRpad una0.05
stella
stato scoperto da Mayor & Queloz
nel 1995
alla
stella 51 Pegasi.
P intorno4.2
giorni
MP
0.47-0.6 MJup
e
0
51 Pegasi
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Questa stella è una
G5V, con proprietà
simili al nostro Sole.
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Transiti
Nel caso (raro) in cui l’orbita del pianeta passi davanti al
disco della stella, potrebbe verificarsi un’eclisse, registrabile
come una piccolissima variazione di luce.
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Transiti
Il transito di un pianeta, già scoperto intorno alla stella
HD209458 con il metodo delle velocità radiali, è stato poi
osservato nel 1999 all’istante previsto.
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Transiti
Vantaggi
Svantaggi
 Transito di un pianeta
come Giove: L=1%
(telescopio di 1 m)
 Transito di un pianeta
come la Terra: L=0.01%
(nessun telescopio)
 Pianeti a grande distanza
dalla stella (al contrario del
metodo delle velocità
radiali)
 Se aumenta la distanza
stella-pianeta, ci sono
meno probabilità di
osservare l’allineamento
utile
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Microlensing Gravitazionale
 Idea di base: una stella che passa davanti ad una stella
più distante agisce da lente nei confronti della stella
lontana.
 Albert Einstein aveva previsto questo effetto nella sua
teoria della relatività generale: il campo gravitazionale
della stella in primo piano piega e focalizza la luce, proprio
come farebbe una lente di vetro ricurva.
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Microlensing Gravitazionale
Un pianeta che orbita intorno alla
stella lente lascerà una traccia
caratteristica nel profilo di
luminosità della stella.
Con questo metodo è possibile
rivelare la presenza di pianeti
moderatamente massicci (poco
più della Terra) in sistemi molto
lontani (distanze dell’ordine di 10
kpc)
Microlensing1
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Microlensing Gravitazionale
Recentemente è stato scoperto il primo pianeta utilizzando
questa tecnica, grazie ad una cooperazione tra due team di
ricerca internazionali: Microlensing Observations in
Astrophysics (MOA) e Optical Gravitational Lensing
Experiment (OGLE). I risultati di questo lavoro sono stati
pubblicati in Astrophysical Journal Letters di Maggio 2004.
Il pianeta orbiterebbe a 3 UA da una stella della costellazione
del Sagittario a 17000 anni luce di distanza da noi e avrebbe
una massa pari a 1.5 MJup. Il sistema stella-pianeta fa da
lente ad una stella a 24000 anni luce di distanza, vicino al
centro della Via Lattea.
Microlensing2
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Microlensing3
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Il primo possibile pianeta terrestre
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Una visione d’insieme
2005
2000
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Alcuni numeri …
 136 pianeti scoperti o confermati con le misurazioni delle
velocità radiali
 1 sistema con 4 pianeti, 2 con 3 pianeti, 13 con 2 pianeti, 99
pianeti singoli ma in molti sistemi le misurazioni sembrano indicare
la presenza di altri pianeti di lungo periodo
 7 pianeti che occultano la propria stella
 1 pianeta direttamente osservato 2M1207 b (?)
 Il pianeta più piccolo ha una massa di 14 MT, il più grande ha
una massa di circa 13 MJup (4120 MT)
 I periodi orbitali vanno da circa 1.3 giorni a oltre 10 anni
 14 stelle binarie ospitano pianeti: 1 sistema con 3 pianeti (
Andromedae) e 1 con 4 pianeti (55 Cnc)
 Esiste 1 pianeta che orbita attorno alle sue due stelle.
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Caratteristiche generali
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Caratteristiche generali
Terra
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Giove
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Caratteristiche generali
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Caratteristiche generali
I pianeti extrasolari, al contrario di quelli del Sistema Solare,
sono in orbite tipicamente eccentriche.
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Un sistema di pianeti giganti
Gli astronomi Marcy e Butler hanno individuato nel 1999 il
primo sistema multiplo: un sistema di tre pianeti di tipo
gioviano in orbita intorno alla stella Upsilon Andromedae.
Pianeti di tipo gioviano
su orbite molto vicine
alla stella non sono
compatibili con il
modello di formazione
del nucleo per
accumulazione di
planetesimi!
MODELLO
STANDARD IN CRISI
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Problemi aperti
 La maggior parte dei pianeti
finora scoperti hanno masse
grandi e orbite molto strette
- Come può un pianeta
gioviano formarsi così vicino
alla sua stella?
- Questi pianeti migrano
all’interno dal sistema ad un
certo punto della loro vita?
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Osservazioni future
 Osservazioni dirette nel vicino infrarosso (NGST, VLT
Planet Finder, OWL)
 Misurazioni astrometriche (VLTI)
 Nulling interferometry (Darwin, TPF)
 Rilevazioni coronografiche (TPFC)
 Campagne di ricerca di transiti (Kepler, Corot)
 Scoperta di pianeti terrestri (rocciosi)
 Statistica sull’abbondanza di pianeti nella Galassia
 Ricerca di vita su altri pianeti
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Conclusione
“L'astronomia ha subito tre grandi rivoluzioni negli scorsi quattrocento
anni.
La prima fu quella copernicana, che spostò la Terra dal centro del
sistema solare e la collocò a 150 milioni di chilometri da esso;
la seconda avvenne tra il 1920 e il 1930 quando, in seguito al lavoro di
Harlow Shapley e R. J. Trumpler, ci accorgemmo che il sistema solare
non è al centro della via Lattea, ma a circa 30000 anni-luce da questo,
in un braccio a spirale relativamente poco definito;
la terza rivoluzione sta avvenendo ora e, lo vogliamo o no, dobbiamo
prendervi parte. E' questa la rivoluzione racchiusa nella domanda:
siamo soli nell'Universo?“ (Otto Struve)
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