Uno dei pianeti scoperti nel 2020 dal telescopio TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) della NASA, battezzato col nome di AU Mic b, è stato studiato sfruttando lo spettro-polarimetro ad infrarossi SPIRou. Questo strumento è collocato presso l’Osservatorio di Muana Kea sul Canada-France-Hawaii Telescope, uno dei tredici telescopi indipendenti presenti sulla cima del vulcano hawaiano. L’osservatorio è gestito da una collaborazione internazionale tra il CNRS (Centre National de la Recherche Scientifiche) francese, il National Reasearch Council del Canada e l’Università delle Hawaii.

SPIRou ha permesso di stimare per la prima volta la densità di un pianeta che vive nei dintorni di una giovane stella, a soli 32 anni luce da noi. La nana rossa AU Microscopii (AU Mic) ha appena 22 milioni di anni, equivalenti ad un paio di mesi se tradotti in termini di vita umana. Questo significa che è estremamente attiva. Le macchie e i brillamenti stellari sono molto più frequenti ed energetici rispetti a quelli solari e il suo campo magnetico è di diversi ordini di grandezza più forte.

Questa attività determina un gran rumore nei dati raccolti, ma è proprio qui che entrano in gioco le capacità uniche di questo spettro-polarimetro nel rilevare il debole segnale del pianeta. Gli astronomi, grazie ai dati forniti da TESS e SPIRou, sono stati in grado di stimarne raggio, massa e densità interna. I risultati hanno portato a definire la sua natura di gigante gassoso, dalle grandi somiglianze a Nettuno: con un raggio 4 volte maggiore a quello della Terra e una massa pari a circa 17 masse terrestri, la sua densità interna è leggermente più piccola di quella dell’acqua, quattro volte inferiore a quella del nostro pianeta.

Un pianeta nato da un disco circumstellare

Il numero degli esopianeti scoperti è aumentato esponenzialmente nel corso degli anni, grazie alle sempre più numerose missioni dedite alla loro ricerca. Finora sono stati scoperti più di 4000 pianeti situati al di fuori del nostro Sistema Solare. L’importanza della ricerca di esopianeti non risiede solo nel trovare luoghi potenzialmente abitabili, ma ha ragioni ben più profonde: comprendere la formazione e l’evoluzione di un sistema planetario.

Lo studio della giovane AU Mic e del suo pianeta hanno mostrato un’importante evidenza della teoria corrente: i pianeti nascono nel disco circumstellare di polveri e gas e migrano verso la stella per effetto dell’interazione gravitazionale pianeta-disco e le mutue interazioni con i fratelli neonati del sistema. In questa fase della sua vita, la nana rossa è circondata da quello che è ormai un disco di detriti, all’interno del quale risiede il pianeta AU Mic b.

Grazie a SPIRou è stato possibile rivelare che la sua orbita “è prograda ed allineata con l’asse di rotazione della stella” come affermato da Eder Martioli, astrofisico e autore principale dell’articolo in cui vengono discussi i risultati, che si rivelano in accordo con la teoria. Questa scoperta, dunque, ha estrema importanza non solo perché dimostra le enormi potenzialità di SPIRou, ma perché rappresenta un’ulteriore conferma della teoria moderna di formazione ed evoluzione di un sistema planetario.

Le abilità scientifiche di SPIRou

Il Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) è dotato dal 2018 dello spettro-polarimetro ad infrarossi e velocimetro ad alta precisione SPIRou (SpectoPolarimètre InfraRouge). Il suo scopo è quello di rivelare e studiare esopianeti che popolano la zona abitabile di stelle giovani e in piena attività.

L’indagine velocimetrica da lui sfruttata si basa sulla raccolta e l’analisi di diversi spettri di luce emessi dalla stella. Le variazioni periodiche che si osservano in essi potrebbero essere ricondotte a variazioni della velocità radiale, la velocità della stella dal punto di vista dell’osservatore, dovute alla presenza di un pianeta in orbita attorno ad essa. Questa tecnica permette non solo di svelare nuovi pianeti, ma soprattutto di determinarne la massa e le caratteristiche orbitali. SPIRou si è dimostrato uno strumento di nuova generazione veramente efficace per questo tipo di analisi su stelle e pianeti molto giovani.

Questo risultato è dovuto anche alla sua natura di polarimetro che permette agli astronomi di studiare la luce polarizzata della stella. In questo modo si posso ricavare informazioni sul suo campo magnetico. Dai dati grezzi raccolti, stato quindi possibile estrapolare, quelli necessari alla rivelazione e allo studio di AU Mic b.

Un nuovo strumento per lo studio degli esopianeti

Il primo di molti altri esopianeti che questo strumento dalle esclusive abilità scientifiche ha l’occasione di analizzare. Jean-Francois Donati, principale ricercatore della collaborazione internazionale che ha sviluppato e costruito SPIRou, afferma che “questa scoperta è una perfetta illustrazione e dimostrazione delle capacità velocimetriche e spettropolarimetriche uniche di SPIRou, che lo rendono il miglior strumento al mondo per cacciare pianeti attorno a giovani nane attive come AU Mic”.

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