Un anno con il Gemini Planet Imager

Una delle immagini prodotte da GPI: polarimetria del disco circumstellare attorno a HR 4796A. Crediti: Marshall Perrin (Space Telescope Science Institute), Gaspard Duchene (UC Berkeley), Max Millar-Blanchaer (University of Toronto), and the GPI Team.

Il Gemini Planet Imager (GPI) è uno strumento ottico ad alto contrasto montato nel novembre del 2013 sul Gemini South Telescope di 8 metri in Cile. Le ottiche sono state ideate per aiutare gli astronomi a osservare direttamente e caratterizzare gli ambienti vicini a stelle luminose cercando la luce degli esopianeti simili a Giove e studiare il materiale protostellare con una sensibilità decisamente maggiore rispetto ad altri sistemi di imaging degli esopianeti esistenti oggi. Il GPI, nel corso di un anno di attività, ha prodotto straordinarie immagini e i risultati sono stati presentati nel corso del 225° meeting dell’American Astronomical Society (AAS) in corso a Seattle (Stati Uniti).

Marshall Perrin, uno dei team leader che lavora allo strumento e ricercatore presso lo Space Telescope Science Institute, ha rivelato alcune delle immagini e spettri dettagliati del sistema planetario multiplo HR 8799 e particolari mai visti prima sull’anello di polvere che avvolge la giovane stella binaria HR 4796A (immagine in alto) – nella costellazione del Centauro a 237 anni luce dalla Terra. La stella e il suo disco, visti da alcune angolazioni, sembrano quasi un occhio e per questo tra gli appassionati l’oggetto è conosciuto come “l’occhio di Sauron“. «Le funzionalità avanzate di imaging del GPI hanno portato a dati unici», ha detto Perrin. Questo strumento, ha aggiunto, «ci sta aiutando a capire meglio noi mettere cosa accade intorno a queste stelle».

Il gruppo di ricerca sta cercando ancora di capire meglio la conformazione del disco attorno alla stella HR 4796A e GPI non solo cattura dettagli precisi e inediti, ma misura la polarizzazione della luce. Nello specifico, le analisi condotte con il Gemini Planet Imager in Cile sul disco circumstellare della giovane stella mostrano che è parzialmente opaco, il che sta a significare che è molto più denso del previsto e il materiale polveroso è molto più compresso rispetto, per esempio, alla polvere trovata alle estremità del Sistema Solare. Il diametro del disco, che possiamo immaginare come un anello spesso di polvere e gas (materia prima per la formazione di stelle e pianeti), è il doppio del diametro dell’orbita planetaria all’interno del nostro sistema e la stella in questione ha una massa che supera del doppio quella del nostro Sole.

L’imaging del sistema planetario HR 8799 in banda K: si possono osservare 3 dei 4 pianeti. (Il pianeta b è al di fuori del campo di vista mostrato qui, verso sinistra). Questi dati sono stati ottenuti il 17 novembre 2013 durante la prima settimana di funzionamento del GPI e in condizioni climatiche relativamente difficili. Crediti: Christian Marois (NRC Canada), Patrick Ingraham (Stanford University) and the GPI Team.

Patrick Ingraham, membro del gruppo di ricerca per la Stanford University, ha condotto poi uno studio sulla stella binaca HR 8799 (nella costellazione di Pegaso a 129 anni luce dalla Terra) riferendo che le forme degli spettri di due dei quattro pianeti massicci analizzati differiscono più profondamente, nei colori, di quanto previsto, indicando differenze significative tra questi pianeti. «I modelli atmosferici attuali dei pianeti extrasolari non possono spiegare pienamente le sottili differenze di colore che GPI ha rivelato. Ne deduciamo che diverse possano essere la copertura delle nuvole o la loro composizione». E ha spiegato: «Il fatto che GPI sia stato in grado di estrarre nuove conoscenze in un lasso di tempo così breve dalla sua messa in funzione, anche in condizioni sfavorevoli, è una vera e propria testimonianza di quanto rivoluzionario sarà questo strumento nel campo dei pianeti extrasolari».

Durante i primi mesi di lavoro, GPI ha osservato anche asteroidi, stelle “sul punto di morte”, e numerosi altri esopianeti. Qualche tempo fa su Media INAF abbiamo parlato, ad esempio, di Beta Pictoris b, un pianeta già osservato dal VLT che si trova a 63 anni luce dal nostro Sistema solare e che orbita attorno a una stella simile al nostro Sole, ma molto più giovane – circa 12 milioni di anni (il Sole ha quasi 4,6 miliardi di anni). Usando questo strumento di nuova generazione i ricercatori hanno rintracciato l’orbita del pianeta che è almeno quattro volte le dimensioni di Giove.

«Anche se non è semplice, ora il GPI opera quasi automaticamente», ha detto lo scienziato Fredrik Rantakyro. Lo strumento è disponibile per gli astronomi e le loro osservazioni sono in programma per i primi mesi del 2015. Ciò che si spera riescano a fare gli esperti in futuro è scoprire un nuovo pianeta, obiettivo ancora non raggiunto con il Gemini Planet Imager, perché il gruppo di ricerca ha preferito, almeno nel primo anno di test, concentrarsi su oggetti e dischi già conosciuti dalla comunità scientifica. Ovviamente, adesso il GPI è pienamente funzionante e si aggiunge agli altri numerosi strumenti che danno la “caccia” a esopianeti sconosciuti e lontani.

Lo strumento è inoltre coinvolto nella Gemini Planet Imager Exoplanet Survey (GPIES) che nei prossimi anni osserverà 600 stelle. Il GPI studia i pianeti attraverso la luce infrarossa che emettono e quindi il team di GPIES ha riunito un elenco delle stelle più giovani da poter analizzare. Finora il team ha osservato 50 stelle, ma l’analisi dei dati è ancora in corso. «Con il GPI possiamo dire quasi immediatamente che qualcosa non è un pianeta – ha affermato Bruce Macintosh, principal investigator per lo strumento – piuttosto che stare col fiato sospeso per mesi, e possiamo quindi superare la nostra delusione passando subito a un altro obiettivo. Ma ora è il momento di trovare nuovi pianeti!».