Overblog Segui questo blog
Edit post Administration Create my blog

Un diario di cose celesti

Chi siamo? Perché?

Kepler-36 e i suoi gemelli diversi

17 Apr 2013 12:33 AM – Michele Diodati

Tra i tanti sistemi planetari scoperti grazie al telescopio spaziale Keplero, uno dei più insoliti è certamente quello formato da Kepler-36b e Kepler-36c. Il primo è una super-Terra e il secondo un gigante gassoso simile a Nettuno. La cosa curiosa è che orbitano vicinissimi l'uno all'altro, formando una coppia improbabile, in cui il primo è più denso della Terra e il secondo è così evanescente che galleggerebbe sull'acqua.

Il pianeta gassoso Kepler-36c osservato dalla superficie rocciosa e incandescente della super-Terra Kepler-36b (rappresentazione artistica). <span class="di">Cortesia: David A. Aguilar (CfA)</span>

Il pianeta gassoso Kepler-36c osservato dalla superficie rocciosa e incandescente della super-Terra Kepler-36b (rappresentazione artistica). <span class="di">Cortesia: David A. Aguilar (CfA)</span>

KIC 11401755 è una subgigante gialla di classe spettrale G1, situata nella costellazione del Cigno a circa 1.530 anni luce dalla Terra. La stella, sospettata di ospitare pianeti, fu inserita nel gruppo ristretto degli oggetti di interesse di Keplero, diventando così KOI-277 (Kepler Object of Interest 277). Ha ricevuto infine l'anno scorso il suo nome definitivo, Kepler-36, dopo la conferma dell'esistenza di un sistema di due pianeti, descritto in uno studio pubblicato su Science a giugno 2012. Gli autori principali della ricerca sono Joshua Carter del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics e Eric Agol del Dipartimento di Astronomia dell'Università di Washington.

Grazie all'acquisizione di spettri ad alta risoluzione e all'analisi delle oscillazioni stellari svolta dagli esperti del KASOC (Kepler Asteroseismic Science Operations Center), i parametri stellari di Kepler-36 sono stati determinati con grande precisione, fornendo così ai ricercatori la base necessaria per costringere, con altrettanta precisione, i parametri dei due pianeti scoperti intorno alla stella.

Dall'analisi spettrale e astrosismologica è risultato che Kepler-36 è una stella più evoluta del Sole, più vecchia di 2 o 3 miliardi di anni (l'età è stimata in 6,8 ± 1,0 miliardi di anni). La frequenza delle oscillazioni indica che questa subgigante di magnitudine apparente 11,95 ha una densità pari ad appena il 25 per cento di quella solare, con un margine di errore del 2 per cento. Il raggio stellare è risultato di 1,626 ± 0,019 raggi solari (1.130.000 km circa), mentre la massa è stata calcolata in 1,071 ± 0,043 masse solari. Con una temperatura effettiva di 5911 ± 66 gradi Kelvin, Kepler-36 è un po' più calda del Sole, ma il suo contenuto di metalli è inferiore ([Fe/H] = -0,20 ± 0,06). La luminosità è 2,9 volte maggiore di quella solare, il periodo di rotazione di poco superiore ai 17 giorni.

Kepler-36 è la stella evidenziata nell'immagine. <span class="di">Cortesia: Digitized Sky Survey 2</span>

Kepler-36 è la stella evidenziata nell'immagine. <span class="di">Cortesia: Digitized Sky Survey 2</span>

Le curve di luce di Kepler-36 registrate dal telescopio spaziale Keplero hanno permesso di isolare i transiti di due potenziali pianeti, uno con un periodo medio di 13,84 giorni e l'altro con un periodo medio di 16,23 giorni. Dall'analisi comparata dei transiti si è scoperto che i periodi variano in coincidenza delle congiunzioni planetarie, che si verificano ogni 97 giorni. Ogni volta, cioè, che i due pianeti si trovano più vicini tra loro, i loro periodi oscillano secondo uno schema caratteristico: quando uno dei due oggetti è in anticipo l'altro è in ritardo, e viceversa.

Tali variazioni sono state interpretate dal gruppo di Carter e Agol come una prova indubbia della reciproca attrazione gravitazionale esercitata dai due corpi, il che li pone entrambi in orbita intorno alla stessa stella, escludendo ogni possibilità di sovrapposizione casuale di due sistemi differenti lungo la stessa linea visuale.

La conferma che le piccole eclissi nelle curve di luce di Keplero sono effettivamente transiti planetari si ricava dai requisiti richiesti per la stabilità orbitale. Affinché, cioè, il sistema formato da Kepler-36 e dai due corpi transitanti davanti al suo disco sia stabile nel lungo termine, senza collisioni né eiezioni, è necessario che la massa di quei corpi sia inferiore a un decimillesimo della massa della stella. Ciò conduce a un limite superiore di 40 masse terrestri, dal che consegue che i due corpi orbitanti non possono essere altro che pianeti.

Le oscillazioni misurate in corrispondenza delle congiunzioni tra i due pianeti possono essere tradotte in una sorta di "fiore", che appare nel grafico che mette in relazione al tempo i vettori di eccentricità delle orbite dei due pianeti. <span class="di">Cortesia: arXiv:1206.4718v1 [astro-ph.EP]</span>

Le oscillazioni misurate in corrispondenza delle congiunzioni tra i due pianeti possono essere tradotte in una sorta di "fiore", che appare nel grafico che mette in relazione al tempo i vettori di eccentricità delle orbite dei due pianeti. <span class="di">Cortesia: arXiv:1206.4718v1 [astro-ph.EP]</span>

La disponibilità di precisi parametri stellari, unita all'analisi dei transiti nelle curve di luce, ha consentito ai ricercatori di determinare le masse e i raggi dei due pianeti con un livello d'incertezza insolitamente basso: l'8 per cento per le masse e il 3 per cento per i raggi.

È risultato che Kepler-36b, il pianeta più interno, ha massa e raggio pari rispettivamente a 4,45 e 1,486 volte quelli terrestri, mentre Kepler-36c, il pianeta più esterno, ha massa e raggio che sono 8,08 e 3,679 volte quelli della Terra.

Tali valori indicano che le densità dei due corpi, e perciò la loro composizione chimica, sono estremamente differenti. Kepler-36b, la super-Terra, ha una densità media di 7,46 grammi per centimetro cubo, maggiore del 35 per cento circa di quella terrestre, che è di 5,51 g/cm3. L'accelerazione di gravità alla superficie di Kepler-36b è, secondo i calcoli, pari a 18,3 m/s2, poco meno che doppia di quella terrestre: un uomo che qui da noi pesa 70 chili si ritroverebbe a pesare su Kepler-36b ben 130 chili e mezzo. Si pensa che questo pianeta abbia un massiccio nucleo ferroso, nel quale è concentrato approssimativamente il 30 per cento della massa totale, avvolto da un guscio esterno di silicati. Gli elementi volatili devono costituire solo una modesta frazione della massa planetaria: l'acqua non più del 15 per cento, idrogeno ed elio meno dell'un per cento.

Del tutto differente è la struttura di Kepler-36c. La sua densità media è di soli 0,89 g/cm3, inferiore a quella dell'acqua. Se il pianeta ha un nucleo roccioso di tipo terrestre ed è privo di acqua all'interno, allora deve avere un'atmosfera di idrogeno/elio che contribuisce per il 9 per cento alla sua massa totale. L'accelerazione di gravità alla superficie di Kepler-36c è di 5,62 m/s2: il nostro umano da 70 chili terrestri, spostandosi da Kepler-36b a Kepler-36c subirebbe un drastico calo di peso, passando da 130,5 a poco più di 40 chili.

La curva di luce di Kepler-36 nel riquadro in alto copre un periodo di oltre 800 giorni. I transiti di Kepler-36b sono indicati dai tratti blu, mentre quelli di Kepler-36c dai tratti rossi. I due riquadri in basso mostrano le tipiche eclissi nelle curve di luce associate ai transiti dei due pianeti. L'eclisse provocata da Kepler-36c (a destra, in rosso) produce sulla stella un calo di luminosità sei volte maggiore di quello prodotto dall'altro pianeta (a sinistra, in blu). <span class="di">Cortesia: arXiv:1206.4718v1 [astro-ph.EP]</span>

La curva di luce di Kepler-36 nel riquadro in alto copre un periodo di oltre 800 giorni. I transiti di Kepler-36b sono indicati dai tratti blu, mentre quelli di Kepler-36c dai tratti rossi. I due riquadri in basso mostrano le tipiche eclissi nelle curve di luce associate ai transiti dei due pianeti. L'eclisse provocata da Kepler-36c (a destra, in rosso) produce sulla stella un calo di luminosità sei volte maggiore di quello prodotto dall'altro pianeta (a sinistra, in blu). <span class="di">Cortesia: arXiv:1206.4718v1 [astro-ph.EP]</span>

Anche in altri sistemi planetari esistono differenze di densità molto elevate tra pianeti posti su orbite adiacenti. La differenza di densità tra Kepler-18b e Kepler-18c, per esempio, è ancora maggiore di quella che esiste tra Kepler-36b e Kepler-36c. Tuttavia, ciò che rende particolare la nostra coppia di pianeti è il fatto che le loro orbite sono le più ravvicinate tra tutti i sistemi noti: Kepler-36b e Kepler-36c, quando sono in congiunzione, sono distanti l'uno dall'altro meno di due milioni di chilometri (0,013 unità astronomiche), cioè appena cinque volte la distanza media tra la Terra e la Luna.

Quando ciò si verifica, ogni 97 giorni circa, la dimensione angolare del gigante gassoso osservato dalla superficie della super-Terra è due volte e mezzo maggiore del diametro angolare della Luna piena vista dalla Terra.

Se la skyline di Seattle fosse trasportata su Kepler-36b, si potrebbe vedere di sera apparire tra i grattacieli il disco di Kepler-36c (simulato con un'immagine di Nettuno), con le dimensioni angolari mostrate in questo fotomontaggio. <span class="di">Cortesia: NASA/Frank Melchior/Eric Agol</span>

Se la skyline di Seattle fosse trasportata su Kepler-36b, si potrebbe vedere di sera apparire tra i grattacieli il disco di Kepler-36c (simulato con un'immagine di Nettuno), con le dimensioni angolari mostrate in questo fotomontaggio. <span class="di">Cortesia: NASA/Frank Melchior/Eric Agol</span>

Questa straordinaria vicinanza pone ai planetologi un problema di difficile soluzione: come diavolo è possibile che due pianeti così differenti si siano formati l'uno accanto all'altro nel medesimo disco protoplanetario? Nel sistema solare la situazione è molto diversa e apparentemente più chiara. I pianeti rocciosi e i giganti gassosi si trovano in regioni ben differenti, separate da lunghe distanze: Mercurio, Venere, Terra e Marte nel sistema solare interno; Giove, Saturno, Urano e Nettuno al di là della fascia degli asteroidi.

Kepler-36b e Kepler-36c sono invece venti volte più vicini tra loro di qualsiasi coppia di pianeti adiacenti nel sistema solare. E in più hanno una differenza di densità enorme.

Una possibilità è che i due pianeti si siano formati in regioni differenti del disco protoplanetario di Kepler-36 e che siano successivamente migrati nell'attuale posizione in seguito a qualche non ben compresa serie di interazioni gravitazionali. Un'altra possibilità è che la loro composizione fosse inizialmente simile e che si sia modificata col tempo, fino a raggiungere l'attuale diversità. Potrebbe essere accaduto, per esempio, che il pianeta più interno sia stato vittima di un'erosione iniziale dei suoi strati esterni gassosi da parte della stella, a causa della maggiore irradiazione che ha ricevuto fin dall'origine, rispetto al "gemello" leggermente più distante.

In ogni caso, quale che sia la storia evolutiva di questa strana coppia di pianeti, va detto che sono entrambi del tutto inospitali per la vita come noi la conosciamo. Orbitano infatti tutti e due a una distanza dalla loro stella che è meno della metà di quella di Mercurio dal Sole. Sono perciò entrambi degli inferni bollenti, con temperature di svariate centinaia di gradi centigradi. È molto improbabile, insomma, che qualcuno abbia mai potuto godere la splendida vista di Kepler-36c che appare nel cielo notturno dell'altro pianeta, stagliandosi dietro i pennacchi eruttati da qualche gigantesco vulcano emergente da un ribollente mare di lava fusa.

I parametri stellari e planetari di Kepler-36. <span class="di">Cortesia: arXiv:1206.4718v1 [astro-ph.EP]</span>

I parametri stellari e planetari di Kepler-36. <span class="di">Cortesia: arXiv:1206.4718v1 [astro-ph.EP]</span>

Riferimenti

Tag: articoli, Kepler-36, telescopio spaziale keplero, metodo del transito, super-Terre, esopianeti, formazione planetaria

Condividi post

La tua opinione

comments powered by Disqus
Powered by Disqus