La prima foto di un pianeta in formazione

La prima foto di un sistema planetario in formazione: si tratta di LkCa15 formato da una stella e da più pianeti. Crediti: Stephanie Sallum, et al.

Ci sono 450 anni luce di distanza tra la Terra e LkCa15, una giovanissima stella con il suo disco protoplanetario, ricco di gas e polvere. Nonostante questa notevole distanza dalla Terra e la sua composizione di gas e polveri, nella regione centrale di questo disco protoplanetario è stato possibile per un gruppo di ricercatori dell’Università dell’Arizona individuare in modo diretto una stella e il suo sistema di pianeti in formazione.

Dei quasi 2000 pianeti confermati, solo 20 pianeti sono stati osservati in modo diretto, col direct imaging, e di questi pianeti nessuno è nelle primissime fasi di formazione. Per questo motivo, LkCa 15 b rappresenta il primo caso-studio estremamente interessante e unico nel suo genere.

I dischi protoplanetari si formano attorno a giovani stelle dal materiale che non è stato catturato dalla giovane stella durante la sua formazione. Da questa polvere e gas si formano i pianeti per aggregazione di planetesimi, grazie all’azione gravitazionale. Si può immaginare dunque l’esistenza di regioni vuote (o dei gap come vengono definiti) all’interno dei dischi protoplanetari, in quanto le particelle più grandi si aggregano formando pianeti, mentre le particelle più piccole possono migrare dal disco, allontanandosi dalla stella madre.

Questa immagine del primo pianeta in formazione è stata possibile grazie a sofisticate tecniche di osservazione e alla strumentazione utilizzata nello studio del cielo, in particolare grazie al Large Binocular Telescope (LBT) e al suo sistema di ottica adattiva al Mount Graham in Arizona; al Magellan Telescope americano, con il suo sistema di ottica adattiva, e al MagAO, in Cile.

Catturare delle immagini nitide di oggetti lontani è piuttosto complicato a causa della turbolenza dell’atmosfera per il continuo mescolarsi di aria calda con quella fredda. Osservare attraverso l’atmosfera terrestre comporta dunque lo scintillio delle stelle, cui siamo abituati, ma che non si osserverebbe al di fuori dell’atmosfera. L’immagine ottenuta da un telescopio viene corretta utilizzando l’ottica adattiva: a causa della turbolenza dell’atmosfera il fronte d’onda della luce che proviene dalla stella è distorto. Tramite un sistema di specchi deformabili è possibile far sì che il fascio possa assumere una forma più simile a quella precedente all’ingresso in atmosfera.

Per ottenere l’immagine di questo pianeta in fasce, si è rimossa la luce della stella per evidenziare quella più debole della stella (con delle opportune maschere che coprono il disco stellare). E’ in generale molto difficile isolare la luce del pianeta, in quando quest’ultimo è estremamente debole e molto vicino alla sua stella madre.

C’è un particolare tipo di radiazione, a una particolare lunghezza d’onda (e quindi ci si riferisce anche a un particolare colore) che le stelle giovani emettono, e che è caratteristico della loro formazione. A questa lunghezza d’onda, il pianeta LkCa 15 b e la sua stella appaiono decisamente brillanti, e quindi facilmente identificabili: è la riga H-alfa dell’Idrogeno.

Le stelle e i pianeti quando si formano sono estremamente caldi. Dato che si formano dall’idrogeno, essi emettono luce di un colore rosso scuro, che gli astronomi definiscono l’emissione della riga H-alfa dell’idrogeno. Grazie alla sofisticata strumentazione e al sistema di ottica adattiva è stato possibile catturare l’impronta digitale dell’idrogeno H-Alfa emesso dal sistema LkCa 15.

Essendo soggetto allo stesso processo di formazione, sia la stella che il pianeta emettono questa riga H-alfa. E’ stato possibile separare la luce debole del pianeta dalla luce molto più intensa della stella. Nulla di simile è stato osservato prima d’ora.

Fonte: Planet Quest JPL/NASA – Baby Pictures: The First Photos of a Planet Being Born 

Altre informazione su Astrobiology Magazine della NASA – Astronomers Observe Birth of An Alien Planet