Gli astronomi hanno scoperto il primo pianeta al di fuori della Via Lattea? è complicato

La Galassia Vortice, a circa 28 milioni di anni luce dalla Terra, appare ai nostri telescopi come un tornado cosmico pieno di gemme luccicanti. Enormi e aggraziati bracci si alzano dal Whirlpool Center, noto anche come M51. Abbraccia al suo interno giovani stelle che esplodono in vita, vecchie stelle che si espandono, esplodono ed esplodono.

Nel 2012, l’Osservatorio Chandra della NASA, che vede il cielo nei raggi X, ha rilevato uno strano lampo proveniente dalla galassia. La sorgente di raggi X in una delle braccia di Whirlpool è stata spenta per circa due ore, prima di tornare improvvisamente in vita. Questo non è insolito per le sorgenti di raggi X nell’universo. Alcuni si illuminano, altri si attenuano periodicamente.

Questa particolare fonte è emersa da un “binario a raggi X”, noto come M51-ULS-1, che in realtà è composto da due oggetti: partner di danza cosmica che orbitano l’un l’altro potenzialmente da miliardi di anni. Uno di questi oggetti è un buco nero o una stella di neutroni e l’altro potrebbe essere un tipo di stella molto grande e luminoso noto come “gigante blu”.

Quando gli astronomi hanno osservato da vicino il segnale a raggi X della coppia, hanno iniziato a sospettare che la causa dell’oscuramento potesse essere qualcosa che non avevamo mai visto prima: un mondo al di fuori della Via Lattea, che impediva brevemente ai raggi X di raggiungere il nostro telescopi. Il team lo ha definito un “esopianeta”.

Un gruppo di ricerca guidato dall’astronoma Rosanne Di Stefano dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Hanno pubblicato i dettagli della loro ipotesi su Nature Astronomy il 25 ottobre. Il loro studio fornisce la prova che l’occhiolino a raggi X rilevato da Chandra è probabilmente causato da un pianeta, grosso modo delle dimensioni di Saturno, che passa davanti a M51-ULS-1.

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L’esopianeta candidato è attualmente chiamato “M51-1” e si ritiene che orbiti attorno al suo ospite binario all’incirca alla stessa distanza di Urano orbita attorno al nostro sole.

Mentre molte fonti di notizie hanno approvato la scoperta come “il primo pianeta ad essere scoperto al di fuori della Via Lattea”, non c’è modo di confermare la scoperta. Almeno, non per qualche altro decennio, quando si suppone che il pianeta proposto effettui un altro transito binario. Di Stefano dice che il team ha modellato altri oggetti che possono produrre un tuffo nei raggi X, ma non è stato così. Tuttavia, sottolinea che questa non è una scoperta confermata.

“Non possiamo affermare con certezza che questo sia un pianeta, ma affermiamo che l’unico modello che si adatta a tutti i dati… è il modello del pianeta candidato”, afferma Di Stefano.

Mentre altri astronomi sono entusiasti dell’uso dei raggi X come un modo per scoprire mondi lontani, non sono convinti che il team di Di Stefano sia stato in grado di escludere altre cose come stelle grandi e fallite note come nane brune o stelle M più piccole e più fredde.

“Questo è un esopianeta completamente inaspettato che è stato scoperto quasi immediatamente in una piccola quantità di dati o è qualcosa di molto comune o diverso nel parco”, afferma Benjamin Pope, un astrofisico che studia gli esopianeti presso l’Università del Queensland in Australia.

Alla ricerca di mondi nascosti

Gli astronomi esplorano il cielo da decenni, alla ricerca di pianeti al di fuori del nostro sistema solare. La prima scoperta confermata di un esopianeta è arrivata nel 1992 quando c’erano due o più corpi Scoperto intorno alla stella di neutroni in rapida rotazione PSR1257 + 12.

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Prima di queste prime scoperte, gli umani spesso immaginavano pianeti molto simili a quelli a cui eravamo abituati in età prescolare. Pianeti rocciosi come la Terra e Marte, giganti gassosi come Giove e mondi più piccoli, come Plutone, sono lontani dal Sole. Dal 1992, le nostre idee si sono rivelate molto prive di fantasia.

Gli esopianeti sono davvero alieno Mondi con caratteristiche molto strane. C’è un pianeta dove piove ferro, un enorme Giove che orbita attorno alla sua stella in un’orbita a forma di uovo, un pianeta “nudo” nel deserto di Nettuno e tonnellate di super-Terre che sembrano casa, leggermente congestionate. Dozzine di mondi strani e nuovi continuano a essere trovati ogni anno da potenti telescopi a caccia di pianeti.

Ma tutti questi mondi, finora, sono stati localizzati all’interno della Via Lattea.

La Galassia Whirlpool, M51, a raggi X e luce ottica.

NASA/CXC/SAO/R. Distefano et al.

È molto probabile (anzi, praticamente certo) che esistano pianeti al di fuori della nostra galassia – non siamo ancora stati in grado di rilevarli. Il nostro vicino galattico più prossimo, Andromeda, dista circa 2,5 milioni di anni luce. L’esopianeta più lontano che abbiamo trovato si trova a soli 28.000 anni luce dalla Terra. Secondo il Catalogo degli esopianeti della NASA.

Trovare pianeti extrasolari non è facile perché sempre meno luce si sta facendo strada attraverso l’universo verso i nostri telescopi. Raramente gli astronomi “vedono” direttamente un esopianeta. Questo perché la luce brillante di una stella nei sistemi planetari vicini di solito oscura tutti i pianeti che potrebbero orbitare attorno ad essa.

Per “vederla”, gli astronomi devono bloccare i raggi della stella. Meno del 2% degli esopianeti nel catalogo della NASA di 4.538 forti sono stati trovati con questo metodo, noto come “live imaging”.

Ma un metodo di grande successo, che rappresenta oltre 3.000 scoperte di esopianeti, è noto come metodo di “transito”. Gli astronomi puntano i loro telescopi verso le stelle e poi aspettano cali periodici della loro luminosità. Se questi cali arrivano con un ritmo regolare, possono rappresentare un pianeta, che si muove intorno alla stella e, dal nostro punto di vista sulla Terra, sorpassando periodicamente il suo ospite infuocato. È la stessa idea di un’eclissi solare, quando la luna passa direttamente davanti al nostro sole e l’oscurità scende sulla Terra.

Questo metodo è stato fondamentale per la scoperta di M51-1. Tuttavia, invece di rilevare cali nella luce visibile (una forma di radiazione elettromagnetica), il team ha visto cali nei raggi X (una diversa forma di radiazione elettromagnetica). Poiché quei raggi X sono stati emessi da un’area relativamente piccola, dice Di Stefano, sembra che il pianeta in transito possa bloccarne la maggior parte o tutto.

M51-1

Se M51-1 fosse stato un pianeta, il team di Di Stefano pensa che potrebbe aver vissuto una vita turbolenta.

È gravitazionalmente legato a una binaria di raggi X, M51-ULS-1, che il team di Di Stefano postula consiste in un buco nero o una stella di neutroni in orbita attorno a una stella gigante. In un’antica danza tra la coppia, un buco nero o una stella di neutroni stava estraendo massa dalla supergigante. Questa massa, composta da polvere e gas caldo, si muove costantemente attorno al buco nero/stella di neutroni in quello che è noto come disco di accrescimento. Questo disco caldo emette i raggi X scoperti da Chandra.

Le regioni dello spazio attorno ai binari a raggi X sono luoghi violenti e questo disco non emette raggi X in modo stabile. A volte i raggi X sembrano spegnersi per ore, ma determinare perché è così difficile. Duncan Galloway, un astrofisico della Monash University che studia le binarie delle stelle di neutroni.

Il calo della luminosità dei raggi X è mostrato in questo grafico, appena 45 ore fa – ma è stato causato da un pianeta?

NASA/CXC/SAO/R. Distefano et al.

Una convinzione è che il blackout potrebbe essere causato da parte del gas caldo e della polvere nel sistema che bloccano il segnale. Non è così, dice Di Stefano, perché gas e polvere daranno un segnale diverso. “Mentre passa davanti alla sorgente di raggi X, parte della luce proveniente dalla sorgente inizia a interagire con le regioni esterne della nuvola e questo dà una firma spettrale distinta”, osserva.

Un’altra possibilità è che l’oscuramento dei raggi X sia causato da diversi tipi di stelle che oscurano la nostra vista. Un tipo, noto come nana bruna, si verifica quando una stella non si accende correttamente. Un altro tipo, la nana M, è un tipo comune di stella a volte chiamato “nana rossa”. Ma data l’età del sistema M51-ULS-1, il team di Di Stefano crede che questi oggetti saranno molto più grandi di quello che hanno scoperto.

Il team di Di Stefano ha eseguito un carico di modelli per esplorare vari scenari diversi sul motivo per cui la sorgente di raggi X sarebbe stata spenta. Alla fine, dice, era un pianeta delle dimensioni di Saturno e sembrava adattarsi al meglio di ciò che vedevano.

“Il modello candidato per il pianeta è stato l’ultimo sopravvissuto, per così dire”, dice Di Stefano.

Bob è meno convinto. “Personalmente, non scommetto che questo è un pianeta”, dice. “Secondo me, questo potrebbe essere un compagno eccellente o qualcosa di strano che sta accadendo nel disco”.

Fidati del processo

Questa non è la prima volta che l’Osservatorio Chandra della NASA è stato travolto da una possibile scoperta di un “esopianeta”. Studiare come la radiazione proveniente da stelle lontane viene “piegata” dalla gravità, una tecnica nota come lente fine, gli astronomi dell’Università dell’Oklahoma ritengono di aver scoperto migliaia di pianeti extragalattici nel 2018. Precedenti studi hanno affermato di aver trovato prove di pianeti extragalattici nella galassia di Andromeda.

Anche altri astronomi erano scettici su queste scoperte. Gli stessi dubbi sono sorti nel caso dell’M51-1. E, soprattutto, questo è del tutto normale.

Questo è il processo scientifico in atto. Il team di Di Stefano ha discusso il loro caso: M51-1 è un pianeta extragalattico. Ora c’è altro lavoro da fare. La conferma che M51-1 è un pianeta non sarà possibile fino a quando non effettuerà un altro transito binario di raggi X tra diversi decenni, ma ci sono altri modi per gli astronomi di esaminare le loro scoperte.

Bob osserva che se troviamo sistemi simili nella Via Lattea, saremo in grado di seguire i telescopi ottici e ottenere una migliore comprensione di ciò che potrebbe accadere in questi tipi di sistemi.

Sappiamo che devono esistere pianeti al di fuori della Via Lattea, e quindi, alla fine, gli umani li scopriranno. Per Galloway, lo studio è entusiasmante non per il motivo per cui il binario a raggi X diminuisce di luminosità, ma per ciò che accade dopo.

“La cosa davvero eccitante è che potrebbero esserci ulteriori eventi in altri dati, quindi ora abbiamo l’impulso di andare a cercarli”, dice.

Di Stefano la pensa allo stesso modo, sperando che il post porti altri a questo tipo di ricerca. Dice che il team sta lavorando sodo, studiando il cielo per altri binari a raggi X che potrebbero mostrare un oscuramento simile.

“In definitiva, la prova migliore sarà scoprire più pianeti”, osserva.

Agapeto Vecoli

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