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Pianeti extrasolari

La ricerca dei pianeti extrasolari è una delle aree dell’astrofisica che ha ricevuto il maggiore impulso negli ultimi anni dall’uso di tecniche di osservazione, riduzione ed analisi dati sempre più sofisticate. Dato l’ovvio interesse scientifico e culturale dell’argomento, con conseguente forte impatto sul grande pubblico, il campo è in continuo sviluppo e si stanno progettando strumenti sempre più sofisticati e missioni spaziali più ambiziose. Per sua natura la ricerca dei pianeti extrasolari richiede grandi telescopi e in alcuni casi strumenti dedicati. Oltre alle survey da Terra con spettrografi ad alta precisione come HARPS e SOPHIE (e in futuro con ESPRESSO e CODEX), la stabilità fotometrica garantita dalle missioni spaziali permette la rivelazione di transiti di pianeti di piccole dimensioni. Attualmente le due missioni di questo tipo in orbita sono CoRoT e Kepler.

Al momento sono stati trovati oltre 500 pianeti extrasolari e nuove scoperte si susseguono continuamente. La maggior parte dei pianeti scoperti sinora sono di tipo gioviano posti a piccole distanze dalla loro stella. Ciò è dovuto semplicemente alla maggiore facilità con cui questi pianeti possono essere rivelati con la tecnica spettroscopica delle variazioni di velocità radiale (effetto Doppler). Recentemente comunque è stato possibile rivelare anche un certo numero di pianeti di massa ben inferiore a quella di Giove. Fra essi anche le cosiddette super-Terre, cioè pianeti di tipo roccioso aventi una massa compresa tra circa 2 e 10 masse terrestri. La sfida attuale è di trovarle attorno a stelle di piccola massa ad una distanza che permetta la presenza dell’acqua allo stato liquido sulla superficie del pianeta. Ci si aspetta inoltre che in questo caso la combinazione delle curve di luce e di velocità radiale permetta di calcolare le dimensioni assolute della stella e del pianeta con grande precisione. Nel caso di pianeti transitanti davanti alla loro stella la spettroscopia consente anche lo studio della composizione chimica dell’atmosfera. I pochi pianeti di lungo periodo posti a grande distanza dalla stella sono stati scoperti con la tecnica delle imaging diretto, del timing nel caso di stelle variabili e con l’effetto delle microlenti, ma in tutti questi casi non si possono determinare le proprietà fisiche.

Il grande numero di pianeti extrasolari finora scoperti permette ora di cominciare a studiare i meccanismi di formazione planetaria in un contesto più ampio del nostro sistema solare. In particolare la scoperta degli `Hot Jupiter” ha messo in discussione i meccanismi finora accettati per la formazione e l’evoluzione dei pianeti dimostrando che possono esistere sistemi planetari molto diversi da quello solare anche in ambienti complessi apparentemente non adatti. La presenza di questi pianeti, che non possono essersi formati dove sono attualmente osservati, ha richiesto sostanziali modifiche dei modelli di formazione dei sistemi planetari. L’applicazione delle tecniche proprie dell’asterosismologia dovrebbe garantire un sensibile miglioramento in questo campo grazie alla determinazione dell’età della stella.

L’osservazione a diverse lunghezze d’onda ha permesso di ricavare informazioni sullo spettro come la identificazione di molecole d’acqua anche in pianeti caldi. Queste osservazioni aprono la possibilità di studiare la composizione delle atmosfere planetarie, e di confrontare questi risultati con previsioni teoriche. Per questa ragione si stanno sviluppando sia in Europa che in USA concetti di missioni spaziali con l’obiettivo finale di potere identificare molecole che indichino la presenza di vita in pianeti di tipo terrestre. Il percorso per raggiungere questo obiettivo è lungo ed estremamente ambizioso e richiederà una serie di passi intermedi che includono la caratterizzazione completa dei pianeti in termini di massa, raggio, composizione, struttura interna, abitabilità e proprietà magnetiche e delle atmosfere planetarie come le condizioni climatiche, le distribuzioni di temperatura e densità e la composizione chimica. Da segnalare che lo studio della interazione fra stelle e pianeti in orbita stretta è uno dei temi di ricerca attivi in Italia grazie alla notevole esperienza sviluppata nell’ambito dello studio dell’attività stellare.

L’Italia partecipa alla realizzazione degli strumenti SPHERE e EPICS per la rivelazione diretta con la tecnica di direct imaging. SPHERE è studiato per la ricerca di pianeti di tipo gioviano, mentre EPICS per la rilevazione di pianeti più piccoli. Infine, la comunità italiana è fortemente coinvolta nella realizzazione della missione spaziale PLATO dell’ESA, volta alla ricerca di transiti di pianeti di dimensioni terrestri posti nella zona d’abitabilità e della contemporanea caratterizzazione asterosismologica della stella centrale. Le motivazioni scientifiche di PLATO costituiscono la naturale continuazione di quelle che hanno ispirato le missioni CoRoT e Kepler.

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