Macchie fotosferiche e transiti planetari. Lo studio: “Correcting the effect of stellar spots on ARIEL transmission spectra” di G. Cracchiolo (UNIPA, INAF-OAPA) pubblicato su MNRAS
Un “transito planetario” avviene quando osserviamo un pianeta attraversare il disco della propria stella. Durante un transito, quindi, il pianeta oscura una piccola porzione della stella, provocando una quasi impercettibile riduzione della luminosità osservata. Mentre nel Sistema Solare gli unici pianeti che possiamo osservare transitare davanti al Sole sono Mercurio e Venere, l’osservazione e l’analisi dei transiti è ad oggi uno dei metodi più efficaci per individuare pianeti extrasolari e studiarne alcune caratteristiche, tra cui il raggio. Ad oggi, infatti, il 76.1% degli esopianeti noti è stato scoperto con il metodo dei transiti (fonte: https://exoplanets.nasa.gov/). La profondità di un transito, ossia la riduzione massima di luminosità della stella osservata durante il transito, dipende dal quadrato del rapporto tra il raggio del pianeta e quello della stella: tanto maggiore è il raggio del pianeta e tanto minore è quello della stella, quanto più evidente è il segnale prodotto dal transito. Si tratta sempre però di un segnale debole: da circa 1% nel caso di giganti gassosi che transitano stelle di piccola massa, a qualche millesimo di percentile nel caso di pianeti rocciosi.
La dipendenza della profondità del transito dal raggio del pianeta può non essere così semplice quando il pianeta ha un’atmosfera estesa. In tal caso, infatti, la radiazione stellare attraversa l’atmosfera del pianeta, e le molecole di gas presenti nell’atmosfera esoplanetaria assorbono la radiazione stellare a determinate lunghezze d’onda, influenzando lo spettro che viene osservato (spettro in trasmissione). In questi casi, quindi, la stima del raggio del pianeta dipende dalla lunghezza d’onda a cui si osserva il transito. Questo fornisce anche un metodo molto efficace per individuare la presenza di determinati elementi chimici nell’atmosfera degli esopianeti transitanti.
Il segnale prodotto dai transiti è così piccolo da venire facilmente influenzato da altri fenomeni, soprattutto legati all’attività magnetica delle stelle. In particolare, la presenza di macchie fotosferiche (regioni della fotosfera dove il plasma è più freddo rispetto il resto della fotosfera), che producono una piccola diminuzione della luminosità della stella quando sono rivolti verso l’osservatore. Quando un pianeta transita davanti la stella e sono presenti macchie in fotosfera, la profondità del transito viene sovrastimata. Al contrario, quando il pianeta transita occultando le macchie, la profondità viene sottostimata. In entrambi i casi, la stima del raggio planetario viene influenzato dalla presenza di macchie.
Tra le missioni progettate per lo studio delle atmosfere esoplanetarie, ARIEL (Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey) è stata selezionata di recente come la quarta Missione di Classe Media nel Cosmic Vision Program dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA). In quattro anni di missione, ARIEL studierà le atmosfere di più di 1000 esopianeti grazie all’analisi sia fotometrica che spettroscopica dei transiti. Il team guidato da G. Cracchiolo (Università degli Studi di Palermo e INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo) ha sviluppato un metodo per tenere conto della presenza di macchie stellari non occultate nell’analisi dello spettro di trasmissione durante i transiti con ARIEL. Il metodo, descritto nell’articolo: “Correcting the effect of stellar spots on ARIEL transmission spectra“, recentemente pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, è stato testato su tre esopianeti che saranno osservati da ARIEL (HD 17156 b, HAT-P-11 b, K2-21 b), dimostrando come questa correzione sia necessaria quando la differenza di temperatura tra la macchia stellare e la fotosfera è di almeno 1000 gradi. Allo studio hanno partecipato anche l’astronoma G. Micela dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo ed il prof. G. Peres dell’Università degli Studi di Palermo.
La figura (cliccare qua per visualizzare l’immagine interamente) mostra una rappresentazione grafica di un transito durante il quale la stella mostra una grande macchia in fotosfera. L’immagine ingrandita mostra i dettagli geometrici della configurazione pianeta+macchia.
Mario Giuseppe Guarcello ( segui mguarce)