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Una collaborazione internazionale tra astronomi che utilizzano i satelliti spaziali CHEOPS e TESS, tra cui membri dell’NCCR PlanetS dell’Università di Berna e dell’Università di Ginevra, hanno scoperto un nuovo sistema chiave di sei pianeti in transito in orbita attorno a una stella luminosa in un ritmo armonico. Questa rara proprietà ha permesso al team di determinare le orbite planetarie che inizialmente apparivano come un enigma irrisolvibile.
Grazie a una collaborazione con scienziati che lavorano con i dati del satellite TESS della NASA, un team internazionale ha potuto scoprire il sistema planetario in orbita attorno alla vicina stella HD110067.
Una caratteristica molto distintiva di questo sistema è la sua catena di risonanze: i pianeti orbitano attorno alla loro stella ospite in perfetta armonia.
Fanno parte del gruppo di ricerca ricercatori dell’Università di Berna e dell’Università di Ginevra, che sono anche membri del Centro nazionale di competenza nella ricerca (NCCR) PlanetS. I risultati sono stati appena pubblicati su Nature.
CHEOPS è una missione congiunta dell’ESA e della Svizzera, sotto la guida dell’Università di Berna in collaborazione con l’Università di Ginevra.
I pianeti del sistema HD110067 ruotano attorno alla stella in un valzer molto preciso. Quando il pianeta più vicino alla stella compie tre rivoluzioni complete attorno ad esso, il secondo ne compie esattamente due nello stesso tempo.
Questa è chiamata risonanza 3:2. “Tra gli oltre 5000 esopianeti scoperti in orbita attorno a stelle diverse dal nostro Sole, le risonanze non sono rare, né lo sono i sistemi con diversi pianeti. Ciò che è estremamente raro, però, è trovare sistemi in cui le risonanze si estendono su una catena così lunga di sei pianeti” sottolinea il dottor Hugh Osborn, ricercatore CHEOPS presso l’Università di Berna, leader del programma di osservazione CHEOPS coinvolto nello studio, e co- autore della pubblicazione.
Questo è proprio il caso di HD110067 i cui pianeti formano una cosiddetta “catena risonante” in coppie successive di risonanze 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 compie una
Sebbene inizialmente fossero stati rilevati più pianeti grazie ai loro transiti, all’inizio la loro esatta disposizione non era chiara. Tuttavia, la precisa danza gravitazionale ha permesso al team di scienziati di risolvere il puzzle di HD110067.
Il prof. Adrien Leleu dell’Università di Ginevra, incaricato di analizzare le risonanze orbitali e coautore dello studio, spiega: “Un transito avviene quando un pianeta, dal nostro punto di vista, passa davanti alla sua stella ospite, bloccando una piccola frazione della luce stellare, creando un apparente calo della sua luminosità”.
Dalle prime osservazioni effettuate dal satellite TESS della NASA, è stato possibile determinare che i due pianeti interni chiamati ‘b’ e ‘c’ hanno periodi orbitali di 9 e 14 giorni rispettivamente.
Tuttavia, non è stato possibile trarre conclusioni per gli altri quattro pianeti rilevati poiché due sono stati visti transitare una volta nel 2020 e una volta nel 2022 con un ampio intervallo di 2 anni nei dati, e gli altri due transitano solo una volta nel 2022.
Il puzzle per questi quattro pianeti aggiuntivi ha finalmente cominciato a emergere grazie alle osservazioni con il telescopio spaziale CHEOPS.
Mentre TESS mira a scansionare tutto il cielo poco a poco per trovare esopianeti di breve periodo, CHEOPS è una missione mirata, che si concentra su una singola stella alla volta con squisita precisione.
“Le nostre osservazioni CHEOPS ci hanno permesso di scoprire che il periodo del pianeta “d” è di 20,5 giorni. Inoltre, ha escluso molteplici possibilità per i restanti tre pianeti esterni, ‘e’, ‘f’ e ‘g’”, rivela Osborn.
È stato allora che il team si è reso conto che i tre pianeti interni di HD110067 danzano in una precisa catena di risonanze 3:2, 3:2: quando il pianeta più interno gira nove volte attorno alla stella, il secondo gira sei volte e il terzo pianeta quattro volte.
Il team ha poi considerato la possibilità che anche gli altri tre pianeti potessero far parte della catena di risonanze. “Ciò ha portato a dozzine di possibilità per il loro periodo orbitale”, spiega Leleu, “ma combinando i dati osservativi esistenti di TESS e CHEOPS, con il nostro modello delle interazioni gravitazionali tra i pianeti, potremmo escludere tutte le soluzioni tranne una: quella 3:2. , 3:2, 3:2, 4:3, 4:3 catena”.
Gli scienziati potrebbero quindi prevedere che i tre pianeti esterni (“e”, “f” e “g”) abbiano periodi orbitali di 31, 41 giorni e 55 giorni. Questa previsione ha permesso di programmare le osservazioni con una varietà di telescopi terrestri.
Sono stati osservati ulteriori transiti del pianeta “f”, rivelando che era proprio dove la teoria lo aveva previsto in base alla catena di risonanza. Infine, la rianalisi dei dati di TESS ha rivelato due transiti nascosti, uno per ciascuno dei pianeti “f” e “g”, esattamente nei tempi previsti dalle previsioni, confermando i periodi dei sei pianeti.
Ulteriori osservazioni CHEOPS di ciascun pianeta, e in particolare del pianeta “e”, sono previste nel prossimo futuro.
Dalla manciata di sistemi a catena risonante trovati finora, CHEOPS ha contribuito notevolmente alla comprensione non solo di HD110067, ma anche di TOI-178.
Un altro esempio ben noto di sistema a catena risonante è il sistema TRAPPIST-1 che ospita sette pianeti rocciosi. Tuttavia, TRAPPIST-1 è una stella piccola e incredibilmente debole, il che rende molto difficile qualsiasi ulteriore osservazione.
HD110067, invece, è più di 50 volte più luminoso di TRAPPIST-1. “Il fatto che i pianeti nel sistema HD110067 siano stati rilevati con il metodo del transito è fondamentale.
“Mentre passano davanti alla stella, la luce filtra anche attraverso le atmosfere planetarie” sottolinea Jo Ann Egger, dottoranda all’Università di Berna, che ha calcolato la composizione dei pianeti utilizzando i dati CHEOPS e coautrice dello studio.
Questa proprietà consente agli astronomi di determinare la composizione chimica e altre proprietà delle atmosfere. Poiché è necessaria molta luce, la stella luminosa HD110067 e i suoi pianeti orbitanti sono un obiettivo ideale per ulteriori studi volti a caratterizzare le atmosfere planetarie.
“I pianeti sub-Nettuno del sistema HD110067 sembrano avere masse basse, suggerendo che potrebbero essere ricchi di gas o acqua. Le future osservazioni, ad esempio con il James Webb Space Telescope (JWST), di queste atmosfere planetarie potrebbero determinare se i pianeti hanno strutture interne rocciose o ricche di acqua”, conclude Egger.
