In orbita attorno a WASP-103 si trova un pianeta con una forma tutt’altro che sferica. È stato osservato da CHEOPS per ben dodici volte mentre transitava di fronte alla sua stella. Grazie alla precisione di questo telescopio e ai transiti osservati da Hubble e dal pensionato Spitzer, è stato possibile identificare per la prima volta la deformazione di un’esopianeta, noto come WASP-103b. La grande vicinanza alla stella lo sottopone a forze mareali simili, seppur monumentali a confronto, a quelle presenti nel sistema Terra-Luna, che gli conferiscono una forma a pallone da rugby gigante.

Le forze di marea

Il fenomeno delle maree è stato studiato da famosi scienziati come Galileo e Newton. Fu Pierre-Simon Laplace a definire la teoria dinamica delle maree, descrivendo il comportamento dei mari e degli oceani sotto l’effetto dell’azione gravitazionale della Luna. È infatti l’insieme delle forze di gravità che caratterizzano il sistema Terra -Luna a determinare l’innalzamento o l’abbassamento dei nostri oceani. Anche il Sole contribuisce a questa danza, ma trovandosi a una distanza decisamente maggiore rispetto a quella tra la Terra e il satellite, il suo contributo è minimo. Questo non accade nel sistema di WASP-103, situato nella costellazione di Hercules. Il pianeta scoperto attorno a questa stella di tipo F infatti, completa un giro attorno a essa in circa 22.2 ore.

Scoperto nel 2014, WASP-103 b era già stato identificato come target per osservazioni future sulla caratterizzazione della struttura e dell’atmosfera. Già allora questo pianeta aveva attirato l’attenzione dei ricercatori. Esso orbita vicino alla stella, poco distante dal limite di Roche, la distanza minima di un corpo dalla stella al di sotto della quale si disgrega per effetto delle forze mareali. Il rilevamento della sua distorsione non è stato quindi inaspettato.

CHEOPS ha confermato quello che era stato ipotizzato sette anni prima. L’elevata precisione di questo telescopio spaziale ha permesso d’individuare i piccoli segnali della deformazione mareale in corso, presenti come una distorsione delle lightcurves, “curve di luce”, ottenute. Queste curve descrivono la diminuzione del flusso stellare luminoso dovuto al passaggio frontale di un corpo rispetto alla stella.

Il numero di Love

La deformazione che subisce un corpo sotto l’effetto delle forze di marea dipende dalla sua composizione. Le parti rocciose di un pianeta sono più difficili da deformare, rispetto a quelle gassose o all’acqua. Basta pensare all’effetto delle maree sulla Terra: a muoversi significativamente sono i mari e gli oceani, non la terra. Un parametro che descrivere la distribuzione della massa all’interno del pianeta, che varia a seconda della concentrazione di elementi pesanti nel nucleo rispetto all’involucro, è il numero di Love h. Grazie all’analisi delle lightcurves è stato possibile ricavarne una stima, seppur accompagnata da un’incertezza elevata.

Il valore ottenuto per WASP-103b è simile a quello di Giove, suggerendo, probabilmente, che la composizione dei due pianeti è simile. In termini di massa, questo esopianeta è 1.5 volte più grande rispetto al gigante gassoso del nostro Sistema Solare. Anche la dimensione dovrebbe essere simile. Il raggio ottenuto dalle analisi, il doppio rispetto a quello gioviano, potrebbe quindi essere maggiore di quello iniziale, a seguito di fenomeni di riscaldamento o altri meccanismi che gonfiano il pianeta.

Il mistero dell’orbita di WASP-103b

La scoperta dei pianeti classificati come hot-Jupiter è stata inaspettata. I primi modelli di formazione planetaria, infatti, non prevedevano la formazione di un pianeta gigante gassoso a distanza ravvicinata dalla sua stella. Eppure, dai risultati osservativi, questo tipo di pianeti erano lì, proprio dove non ci si aspettava di trovarli. Probabilmente fenomeni migratori, dovuti all’interazione con altri pianeti del sistema, li hanno avvicinati drasticamente alla loro stella, condannandoli a un decadimento orbitale senza via d’uscita.

WASP-103b rientra proprio in questo tipo di categoria ma la sua orbita sta tutt’altro che decadendo. Dalle misurazioni condotte su questo esopianeta, esso sembrerebbe allontanarsi dalla stella, sebbene non sia ancora chiaro come. Il team di ricercatori ha ipotizzato la possibilità di una stella compagna in grado di modificare la dinamica del sistema e allontanare WASP-103b dalle fauci della sua stella grazie a un’orbita ellittica. Questo scenario però non è stato possibile confermarlo, come nemmeno escluderlo. Ad aiutare i ricercatori a trovare una risposta a questo enigma potrebbe essere CHEOPS.

Il potenziale di CHEOPS

Lanciato nel dicembre 2019, CHEOPS (CHaracterising ExOPlanets Satellite) è un telescopio spaziale dell’ESA. Lo scopo principale della missione è la ricerca di transiti di esopianeti già noti, in orbita di fronte a stelle luminose, per una caratterizzazione più approfondita della loro struttura e composizione. Sfruttando il metodo dei transiti infatti è possibile ottenere una stima del raggio del pianeta. Il passaggio di fronte ad essa, infatti, determina una diminuzione della luminosità stellare, che dipende proprio dalla dimensione del pianeta stesso.

Si tratta della prima missione dell’ESA della classe small. Essa rientra nel programma di missioni scientifiche Cosmic Vision dell’agenzia europea. Progetti di questo tipo vengono definiti di “piccola classe” perché destinati a piccoli budget, inferiori ai 100 milioni di euro. Tra i principali contribuenti alla missione, il cui progetto è stato gestito dall’Università di Berna, rientra anche l’Italia, che si è occupata dell’ottica del telescopio e della sua costruzione.

Seppur un missione di piccola classe, ci si aspettano grandi contributi. La sua alta precisione fotometrica infatti riduce ampiamente gli errori di stima dei raggi dei corpi osservati. Con questa scoperta inoltre, ha dato prova dell’altissima capacità di svelare ben altro, come ad esempio la deformazione di un esopianeta.

Lo studio completo, pubblicato su Astronomy & Astrophysics è disponibile qui: Detection of the tidal deformation of WASP-103b at 3σ with CHEOPS.

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