Dopo anni di studi, la missione CHEOPS (CHaracterizing ExOPlanet Satellite) dell’Agenzia Spaziale Europea ha permesso di scoprire e caratterizzare un raro sistema extrasolare composto da ben sei esopianeti. Orbitano attorno alla stella HD110067, a circa 100 anni luce da noi nella costellazione settentrionale della Chioma di Berenice.

Oltre ad essere molto raro un sistema con un numero così elevato di pianeti, HD110067 ha anche un’altra importante peculiarità. I dati di CHEOPS sulla configurazione orbitale dei pianeti, infatti, indicano che il sistema è rimasto sostanzialmente invariato dalla sua formazione, avvenuta più di un miliardo di anni fa.

Nel 2020 il satellite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) della NASA aveva rilevato cali nella luminosità della stella, che indicavano i transiti dei suoi pianeti. Un’analisi preliminare aveva rivelato due possibili pianeti: uno completava la sua orbita in 5.642 giorni terrestri, l’altro non si era riusciti a determinarlo.

La storia delle osservazioni

Nel 2022 TESS ha osservato nuovamente la stessa stella. L’analisi dei dati combinati ha escluso l’interpretazione precedente, ma ha confermato la presenza di due diversi pianeti. Tuttavia, i dati erano fuorvianti e di difficile interpretazione. Allora, Rafael Luque dell’Università di Chicago e i suoi colleghi hanno deciso di utilizzare CHEOPS.

Con CHEOPS, i ricercatori hanno confermato la presenza di un terzo pianeta nel sistema, scoprendo anche che questo e gli altri due già individuati con TESS erano in risonanza orbitale. In pratica, il pianeta più esterno impiega 20.519 giorni terrestri per orbitare, circa 1.5 volte il periodo orbitale del pianeta successivo con 13.673 giorni. Questo a sua volta è quasi esattamente 1.5 volte il periodo orbitale del pianeta interno, con 9.114 giorni.

Gli scienziati hanno calcolato altre risonanze orbitali e le hanno abbinate ai dati rimasti inspiegati di TESS. Così hanno scoperto altri tre pianeti, confermando che HD110067 è un ricco sistema planetario in configurazione risonante. I pianeti sono tutti più piccoli di Nettuno.

Quando il pianeta più vicino alla stella compie tre rivoluzioni complete attorno a essa, il secondo ne compie esattamente due nello stesso tempo. Questa è chiamata risonanza 3:2. I sei pianeti formano una catena risonante in coppie di 3:2, 3:2, 3:2, 4:3 e 4:3, con il risultato che il pianeta più vicino completa sei orbite mentre il pianeta più esterno ne fa una.

Perché questo sistema è così importante?

I sistemi risonanti sono estremamente importanti da trovare, perché raccontano agli astronomi la loro formazione e la successiva evoluzione. Infatti, i pianeti attorno alle stelle tendono a formarsi sempre in risonanza. Poi, nel corso del tempo, possono essere facilmente perturbati. Un pianeta molto massiccio, un incontro ravvicinato con una stella di passaggio o un evento di impatto gigantesco possono sconvolgere l’equilibrio risonante.

Di conseguenza, molti dei sistemi con più pianeti conosciuti fino a oggi non sono in risonanza, ma sembrano abbastanza vicini da poter essere stati in risonanza in un tempo più vicino alla loro formazione. I sistemi con più pianeti che invece preservano la loro risonanza sono rari, solo l’1% secondo la stima degli scienziati.

Dei soli tre sistemi risonanti di sei pianeti conosciuti, questo è il secondo trovato dalla missione CHEOPS, e in soli tre anni di attività. Il primo era TOI-178. HD110067 è il più luminoso conosciuto con quattro o più pianeti. Questi pianeti, tra l’altro, hanno tutti dimensioni inferiori a Nettuno e atmosfere probabilmente estese: sono quindi candidati ideali per studiare la composizione delle loro atmosfere con il telescopio spaziale James Webb, e con i futuri telescopi ARIEL e PLATO dell’ESA.

C’è un po’ di Italia anche qui

CHEOPS, lanciato nel dicembre 2019 dalla Guyana francese, è la prima missione spaziale dedicata allo studio delle stelle luminose e vicine che sono già note per ospitare esopianeti, al fine di effettuare osservazioni ad alta precisione delle dimensioni del pianeta mentre passa davanti alla sua stella ospite.

La missione si concentra sui pianeti nella gamma di dimensioni della super-Terra e di Nettuno, con dati che consentono di derivare la densità apparente dei pianeti, una caratterizzazione del primo passo verso la comprensione di questi mondi sconosciuti.

Con il supporto dell’Agenzia Spaziale Italiana, il telescopio di CHEOPS, un riflettore di 320mm di diametro, è stato progettato dai ricercatori dell’INAF di Padova e Catania, ed è stato realizzato presso gli stabilimenti di Leonardo a Campi Bisenzio, in Toscana.

A Campi Bisenzio, ingegneri, fisici e tecnici specializzati hanno realizzato lo strumento secondo i requisiti definiti dai ricercatori INAF, in collaborazione con l’Università di Berna. In particolare, Leonardo, insieme al contributo di piccole e medie imprese, ha curato la realizzazione del sistema ottico del telescopio, basato su specchi asferici, e dell’ottica di collimazione sul piano focale (specchio e lenti).

L’ASI considera che la missione CHEOPS, in aggiunta all’importante tematica scientifica dello studio dei pianeti extrasolari, rivesta una particolare importanza strategica per gli aspetti tecnologici. Anche in vista della realizzazione dei 34 telescopi che saranno forniti dall’Italia per la missione PLATO dell’ESA.

L’abstract dell’articolo, pubblicato su Nature, è reperibile qui.