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Un coronografo a vortice contribuisce a individuare l’atto della formazione dei pianeti

Un nuovo dispositivo dell’osservatorio astronomico Keck, situato nelle Hawaii, ha prodotto la sua prima immagine, mostrando un pianeta in formazione all’interno del vortice di gas e polvere attorno a una giovane stella. Basato sulle ultime tecnologie coronografiche a vortice, il dispositivo consente di ottenere un’immagine diretta di pianeti distanti più vicini alle loro stelle ospiti di quanto non fosse precedentemente possibile.

Ricerca di base
Spazio

Le stelle giovani sono spesso circondate da un anello rotante di polvere e gas, noto come disco protoplanetario. Il materiale all’interno di questo disco può aggregarsi, rivelando il processo di formazione di un pianeta. Una combinazione di dispositivi dedicati di imaging a elevato contrasto installati nel telescopio Keck II e sofisticate tecniche di elaborazione delle immagini ha condotto un gruppo di ricercatori di Belgio e Svezia ad acquisire immagini dirette della materia accumulata attorno alla stella MWC 758. Tale impresa è da tempo considerata fondamentale nella ricerca di pianeti come il nostro che orbitano relativamente vicini alla propria stella.

Esopianeti a volontà

Lo studio degli esopianeti ha registrato negli ultimi due decenni scoperte straordinarie. Sono stati confermati più di 3 000 esopianeti, ma la stragrande maggioranza di queste scoperte è emersa attraverso tecniche di imaging indiretto. Queste ultime possono consistere nel misurare il cambiamento della lunghezza d’onda della luce emessa dalla stella, dovuto alla gravità del pianeta in orbita, oppure nella debole oscurazione della stella quando il pianeta le passa davanti. L’imaging diretto è tecnicamente impegnativo: essendo oltre un milione di volte più flebili, gli esopianeti si perdono nel riverbero delle loro stelle ospiti quando osservati dalla Terra. Nonostante i grandi telescopi in tutto il mondo abbiano cominciato a impiegare tecniche di imaging a elevato contrasto, l’attuale tecnologia coronografica può individuare soltanto pianeti «solitari» che orbitano attorno alla loro stella a grande distanza. Si parla di un periodo orbitale superiore a 20 anni: in confronto, tutti i pianeti rocciosi nel nostro sistema solare orbitano attorno al Sole in meno di due anni.

Osservare più da vicino i pianeti simili alla Terra

Il progetto vortex, finanziato dall’UE, ha introdotto nuovi strumenti coronografici a vortice, che permettono agli astronomi di avvicinarsi all’ambito dei pianeti di corto periodo. Gli strumenti raffinati consentono un imaging a elevato contrasto dei sistemi planetari a separazioni angolari esigue tra il pianeta e la stella. «Le stelle giovani non sono vicine al nostro sistema solare, perciò dobbiamo cercare più lontano nella galassia, dove stelle e pianeti sembrano tra loro più vicini. La capacità della nostra tecnologia coronografica a vortice di esaminare stelle lontane per i pianeti è importante per individuare pianeti ancora in formazione», osserva il coordinatore del progetto, Olivier Absil. Il segreto dietro al successo del progetto risiede nei miglioramenti dell’attuale processo di produzione della maschera di fase del vortice. Questa parte del coronografo a vortice reindirizza la luce lontano dai rivelatori, combinando le onde luminose e cancellandole. Le maschere di fase del vortice consistono in microstrutture concentriche che spingono le onde luminose stellari a vorticare attorno al centro della maschera, creando la peculiarità del vortice. I ricercatori hanno inciso le microstrutture concentriche in un diamante. «Le nostre maschere di fase a vortice possono eliminare la luce stellare di oltre 1 000 volte, il rapporto di rigetto più alto mai misurato», afferma Absil. I ricercatori hanno costruito il loro lavoro di successo addestrando un sistema di apprendimento automatico a capire cosa cercare nei dati. L’obiettivo era discernere gli esopianeti reali dalla luce stellare residua. Si tratta della prima volta in assoluto in cui i ricercatori applicano un sistema di apprendimento per trovare esopianeti. I risultati mostrano finora che il sistema supera in molti modi altre tecniche di elaborazione dei dati. Fino agli anni novanta, le teorie di formazione dei pianeti erano basate sul nostro sistema solare. «Ora sappiamo che esiste una grande varietà di sistemi planetari e il nostro sistema solare non dovrebbe pertanto essere considerato un archetipo», conclude Absil.

Parole chiave

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