Un modello per lo studio dei transiti esoplanetari tenendo conto delle macchie stellari e dell’oscuramento ai bordi. Lo studio: “Correcting the effect of stellar spots on ARIEL transmission spectra – II. The limb-darkening effect” di G. Cracchiolo (UNIPA/INAF – OAPA), recentemente pubblicato su MNRAS
L’analisi dei transiti esoplanetari è non solo il metodo che ha permesso ad oggi la scoperta di più del 70% degli esopianeti noti, ma anche uno strumento molto efficace per studiare l’atmosfera dei pianeti transitanti. Durante il transito, infatti, l’esopianeta oscura parte del disco stellare, provocando un’impercettibile, ma misurabile, diminuzione periodica del flusso osservato della stella. Inoltre, se il pianeta ha un’atmosfera abbastanza estesa, parte della radiazione stellare la attraversa prima di giungere a noi. In questo modo, lo spettro osservato mostrerà righe dovute agli elementi chimici presenti nelle atmosfere degli esopianeti transitanti.
Una delle missioni di punta nel prossimo futuro per lo studio delle atmosfere esoplanetarie è il telescopio ARIEL (Atmospheric Remote-Sensing Infrared Exoplanet Large-survey), il suo lancio è previsto nel 2029 e che durante la sua missione osserverà circa un migliaio di esopianeti transitanti. In questi anni il lavoro di preparazione della missione dal punto di vista scientifico è entrato nel vivo, ad esempio per la selezione dei target della missione, la definizione dei casi scientifici e lo sviluppo di tools per l’analisi e l’interpretazione dei dati.
In uno studio pubblicato nel 2020, guidato dallo studente di dottorato dell’Università di Palermo G. Cracchiolo (Osservatorio Astronomico di Palermo ed Università degli Studi di Palermo), è stata presentato un metodo che permette di derivare i parametri dell’atmosfera di un pianeta transitante quando nella cui fotosfera sono presenti delle macchie. Recentemente, lo stesso team di ricercatori ha ulteriormente sviluppato il metodo presentato per tenere conto non solo della presenza di macchie, ma anche del fenomeno dell’oscuramento ai bordi (che consiste in una brillanza superficiale non uniforme sul disco di una stella, bensì maggiore al centro e minore ai bordi). Se durante il transito dell’esopianeta sono presenti delle macchie, a causa dell’oscuramento ai bordi la posizione delle macchie sarà importante nel determinare il loro effetto sullo spettro in trasmissione del pianeta (ossia lo spettro in assorbimento dell’atmosfera esoplanetaria osservato durante il transito, ottenuto sottraendo lo spettro stellare ottenuto fuori dal transito). Lo studio effettivamente conferma questa aspettativa: la presenza di macchie influenza lo spettro in trasmissione, e questo effetto è maggiore quando la macchia è vicino al centro del disco della stella, quando la frazione di superficie stellare coperta da macchie è superiore al 5%, e quando il contrasto di temperatura tra fotosfera e macchia è superiore ai 500 gradi. Il metodo sviluppata dal team guidato da G. Cracchiolo, e descritta nell’articolo “Correcting the effect of stellar spots on ARIEL transmission spectra – II. The limb-darkening effect“, recentemente pubblicato sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, permette comunque di estrarre lo spettro di trasmissione corretto, sia nel caso in cui il pianeta transita sulla macchia sia nel caso in cui la macchia non viene coperta dal pianeta. Allo studio hanno partecipato anche gli astronomi G. Micela e G. Morello dell’Osservatorio Astronomico di Palermo ed il prof. G. Peres dell’Università degli Studi di Palermo.
La figura (clicca su questo link per visualizzare l’immagine interamente) mostra la simulazione di spettri in trasmissione, osservati da ARIEL, di tre esopianeti transitanti. La linea rossa mostra gli spettri non corretti per la presenza di macchie, mentre la linea continua mostra lo spettro corretto tenendo conto di macchie ed oscuramento ai bordi. Le macchie non sono occultate dal pianeta transitante, ed il contrasto di temperatura è di 1000 gradi. La linea tratteggiata mostra lo spettro atteso.
Mario Giuseppe Guarcello ( segui mguarce) ( youtube)
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