Herald of the Change: un microlensing analogo a Giove individuato nei dati K2 fa presagire la resa di nuovi pianeti da parte di Roman

Titolo: Keplero K2 Campagna 9: II. Prima scoperta spaziale di un esopianeta utilizzando il microlensing

Autori: D. Specht, R. Poleski, MT Penny, E. Kerins, I. McDonald, Chung-Uk Lee, A. Udalski, IA Bond, Y. Shvartzvald, Weicheng Zang, RA Street, DW Hogg, BS Gaudi, T. Barclay , G. Barentsen, SB Howell, F. Mullally, CB Henderson, ST Bryson, DA Caldwell, MR Haas, JE Van Cleve, K. Larson, K. McCalmont, C. Peterson, D. Putnam, S. Ross, M. Packard, L. Reedy, Michael D. Albrow, Sun-Ju Chung, Youn Kil Jung, Andrew Gould, Cheongho Han, Kyu-Ha Hwang, Yoon-Hyun Ryu, In-Gu Shin, Hongjing Yang, Jennifer C. Yee, Sang -Mok Cha, Dong-Jin Kim, Seung-Lee Kim, Dong-Joo Lee, Yongseok Lee, Byeong-Gon Park, Richard W. Pogge, MK Szymański, I. Soszyński, K. Ulaczyk, P. Pietrukowicz, Sz. Kozlowski, J. Skowron, P. Mróz, Shude Mao, Pascal Fouqué, Wei Zhu, F. Abe, R. Barry, DP Bennett, A. Bhattacharya, A. Fukui, H. Fujii, Y. Hirao, Y. Itow, R. Kirikawa, I. Kondo, N. Koshimoto, Y. Matsubara, S. Matsumoto, S. Miyazaki, Y. Muraki, G. Olmschenk, C. Ranc, A. Okamura, NJ Rattenbury, Y. Satoh, T. Sumi , D. Suzuki, SI Silva, T. Toda, PJ Tristram, A. Vandorou, H. Yama, C. Beichman, G. Bryden, S. Calchi Novati

Istituzione del primo autore: Jodrell Bank Center for Astrophysics, Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Manchester, Oxford Road, Manchester M13 9PL, Regno Unito

Stato: Presentato agli avvisi mensili della Royal Astronomical Society (MNRAS) [closed access, preprint on arXiv]

Nei prossimi 10 anni, una tecnica di osservazione chiamata “microlensing” potrebbe diventare la chiave per comprendere i dati demografici dei pianeti in orbita attorno a stelle lontane. Molte delle attuali tecniche per studiare i cosiddetti “esopianeti” non sono state in grado di osservare pianeti con separazioni orbitali e masse paragonabili a quelle del nostro Sistema Solare, ma il microlensing è sensibile a questi pianeti, dato il tempo e gli sforzi necessari, e può quindi parlaci della frequenza degli esopianeti simili al Sistema Solare. Ecco perché il prossimo telescopio spaziale della NASA, il Nancy Grace Roman Space Telescope (in breve romano), sta dedicando una parte significativa delle sue osservazioni a un’indagine di microlente che dovrebbe rilevare migliaia di pianeti, molti paragonabili a quelli nel nostro cortile. Una recente scoperta di un esopianeta analogo a Giove nei dati spaziali della missione Kepler K2 è il primo calo di potenziale acquazzone che potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione degli esopianeti.

Che cos’è il microlensing?

Una delle rivelazioni della teoria della relatività generale di Einstein è che oggetti massicci possono piegare lo spaziotempo e curvare il percorso della luce stessa in un effetto chiamato lente gravitazionale. La lente gravitazionale delle galassie ha prodotto immagini spettacolari di galassie lontane e ha recentemente rivelato la stella più lontana che conosciamo attualmente. Quando un oggetto massiccio, chiamato lente, passa davanti a una sorgente di luce più distante, la luce della sorgente viene piegata attorno alla lente, determinando un aumento della luminosità (Figura 1).

Figura 1: Schema di un evento di microlensing planetario. La luce di una stella sorgente distante viene “rilevata” da una stella in primo piano che orbita attorno a un pianeta. L’ingrandimento dalla stella in primo piano avviene per un periodo di tempo più lungo rispetto all’ingrandimento dal pianeta. Questi allineamenti casuali delle stelle in primo piano e sullo sfondo consentono agli astronomi di studiare la popolazione di esopianeti in tutta la galassia. Credito immagine: Mondo della fisica

Mentre la lente gravitazionale più intensa avviene tramite allineamenti casuali degli oggetti più luminosi e massicci dell’Universo, come quasar, galassie e ammassi di stelle, può verificarsi anche quando umili stelle simili al Sole si sovrappongono nel cielo notturno. Questi eventi sono indicati come eventi di microlensing, perché si verificano in brevi periodi di tempo e sono causati da (relativamente) piccoli oggetti nell’universo. Se una stella viaggia tra la nostra linea di vista sulla Terra e una sorgente di sfondo, lo sfondo si illuminerà. Se la stella della lente è in orbita attorno al pianeta e il pianeta è allineato in modo tale che anche la stella della lente sia in lente, si può osservare un secondo evento di schiarimento più piccolo. Questo è spiegato più in dettaglio in questo astrobite. Puoi anche esplorare queste fantastiche animazioni di microlenti, per gentile concessione di Scott Gaudi.

La possibilità di osservare un evento di microlensing planetario è una funzione della densità delle stelle lungo la tua linea di vista e dell’orientamento casuale del sistema stellare e planetario con la stella di sfondo. Rispetto ad altre tecniche di studio degli esopianeti, come il transito, la velocità radiale o le tecniche di imaging, il microlensing è molto meno orientato alla scoperta di pianeti di un tipo specifico ed è quindi molto utile quando si cerca di comprendere la presenza di pianeti di diverse dimensioni e orbite nella nostra galassia (come descritto in questo astrobite).

Questa forza del microlensing è il motivo per cui il prossimo telescopio spaziale romano dedicherà una parte significativa delle sue osservazioni al suo Galactic Bulge Time Domain Survey, che si prevede produca molti rilevamenti di microlensing planetari e modellerà drammaticamente la nostra visione della popolazione di esopianeti in la nostra galassia.

Finora, tuttavia, tutte le indagini di microlensing sono state condotte da terra. Mentre alcune pubblicazioni recenti hanno rilevato eventi di microlensing dal suolo e successivamente hanno trovato il segnale di un tale evento nei dati spaziali, l’articolo di oggi è il primo esempio di un evento di microlensing planetario scoperto nei dati spaziali. Preannuncia il passo successivo nelle indagini di microlensing, il passaggio dal suolo allo spazio esterno.

Trovare K2-2016-BLG-0005L b

Gli autori dell’articolo di oggi hanno seguito un articolo di McDonald et al. (2021) che ha cercato i dati ottenuti dalla missione K2 del telescopio spaziale Kepler e ha riferito di aver trovato 22 eventi precedentemente noti e cinque eventi candidati. Il documento di oggi ha preso uno di quei cinque eventi candidati e, dopo un sacco di pulizia e modellazione dei dati, ha confermato la scoperta di un pianeta dal segnale.

Figura 2: L’evento di microlensing planetario K2-2016-BLG-0005L b. L’asse x traccia il tempo e l’asse y traccia la luminosità. I dati vengono tracciati come x rosse con barre di errore e il modello più adatto di un evento di microlente planetario viene tracciato come una linea nera. Il pianeta passa davanti all’immagine della stella sorgente, ingrandendo la luce della sorgente in due picchi luminosi che sembrano un segno della mano “sasso sulla roccia”. Figura 6 nel documento.

Una delle difficoltà nell’estrarre un evento di microlente dai dati di Keplero è che molte delle sorgenti nel campo visivo di Keplero sono fuse insieme e, dopo un guasto nel 2014 nelle ruote di reazione (componenti che stabilizzano il telescopio), i dati del telescopio non erano più stabili. Ciò significa che il rilevamento di eventi di schiarimento è reso difficile dal fatto che le stelle si fondono insieme e si spostano attraverso la telecamera. Utilizzando un modello per estrarre misurazioni precise della luminosità rispetto al tempo, gli autori sono stati in grado di modellare le loro osservazioni di Kepler (Figura 2) con uno scenario di microlensing.

Dopo aver adattato diversi modelli di eventi di microlente, variando l’orientamento e la massa della lente, gli autori hanno trovato lo scenario più adatto e hanno utilizzato un insieme di dati terrestri e spaziali per determinare la massa e la separazione orbitale del pianeta che ha causato l’evento di schiarimento. Hanno determinato che l’evento schiarente, denominato K2 (per la 2a missione di Keplero) – 2016 (l’anno dell’evento) – BLG (perché Keplero era puntato verso il “rigonfiamento” della nostra galassia) – 0005L (ricordate quei 5 eventi candidati dall’articolo precedente?) è stato causato da un pianeta con una massa 1,1 volte quella di Giove, che orbita attorno al suo ospite a una separazione di 4,4 unità astronomiche (la distanza media tra la Terra e il Sole; per esempio, Giove orbita a una separazione di 5,2 au). Hanno soprannominato questo pianeta K2-2016-BLG-0005L “b” (per il contesto sullo schema di denominazione degli esopianeti comunemente accettato, vedere questo articolo).

Microlensing nel futuro

Mentre K2-2016-BLG-0005L b è solo uno dei tanti esopianeti scoperti nell’ultimo anno, è unico perché occupa il limite della popolazione di pianeti attualmente rilevabili da altre tecniche di scoperta, è così simile a Giove (Figura 3a), e perché è il primo di molti esopianeti che verranno scoperti mediante osservazioni di microlensing spaziali (Figura 3b). Stai alla ricerca di molte nuove scoperte di esopianeti che suoneranno molto più familiari di quelli trovati finora…

Astrobite a cura di Maryum Sayeed

Credito immagine in primo piano: Dune (2021) concept art di Deak Ferrand, a cura di William Balmer

A proposito di William Balmer

William Balmer (loro / loro) è uno studente di dottorato presso JHU / STScI che studia la formazione, l’evoluzione e la composizione di pianeti giganti, nane brune e stelle di massa molto bassa. Amano la lettura, i giochi da tavolo, il ciclismo e l’astrofotografia.

Leave a Comment