CON HARPS-N ALLA RICERCA DI PIANETI EXTRASOLARI

Dal 2012 montato in uno dei fuochi del TNG vi è il cacciatore di pianeti extrasolari, lo spettrografo HARPS-N (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher-North), uno strumento all'avanguardia in grado di misurare la velocità radiale delle stelle con una precisione di 1 m/s, che rappresenta l'impronta sulla velocità della stella dovuta alla presenza di pianeti con massa simile a quella della Terra.

GAPS è il programma di osservazione dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) per la ricerca e la caratterizzazione dei sistemi planetari grazie ad HARPS-N.

L’obiettivo di GAPS è di comprendere la formazione e l’evoluzione dei sistemi planetari e, in particolare, quali tra gli scenari finora immaginati e osservati sia il più plausibile.

A GAPS contribuiscono astronomi appartenenti a nove sedi INAF, dipartimenti di varie università italiane, la Fundación Galileo Galilei - Telescopio Nazionale Galileo, oltre a istituti e università straniere.

Grazie al progetto GAPS e allo spettrografo HARPS-N montato al TNG si è aperta dal 2012 per la Comunità scientifica italiana una concreta opportunità di diventare protagonisti mondiali della ricerca di pianeti extrasolari.  

Nella notte del 25 marzo 2012 il team di HARPS-N mettendo in fila i componenti ottici e meccanici per la prima volta fecero arrivare la luce della stella Groombridge 1830, denominata anche HD103095, sul rivelatore dello strumento. Questa è la PRIMA LUCE di HARPS-N.

HARPS-NIL CACCIATORE DI PIANETI EXTRASOLARI

L’inaugurazione dello strumento è avvenuta quasi un mese più tardi, il 23 aprile 2012.

HARPS-N è mantenuto ad una temperatura costante di 17 gradi centigradi e le variazioni di temperatura devono essere inferiori al centesimo di grado centigrado. Molto piccole!

Inoltre, dev’essere mantenuto ad una pressione quasi nulla, pari a 3 x 10 -4 mbar. Da un punto di vista fisico, si dice che è stato praticato il vuoto.

Per questo motivo, HARPS’-N si trova in una stanza al piano terra dell’edificio che ospita il TNG. La porta bianca nell’immagine di sinistra dà accesso allo strumento.

Dato che HARPS-N deve rimanere al chiuso e ben protetto da variazioni di temperatura e pressione, al fuoco del TNG arrivano le fibre ottiche di HARPS-N, che qui si vedono in grande dettaglio.

HARPS-N ha un gemello, che si chiama HARPS, uno spettrografo montato al telescopio di 3,6 metri dell’ESO all’Osservatorio di La Silla, Cile nel 2002.

HARPS-N e HARPS si trovano in due emisferi differenti, il primo osserva le stelle dell’emisfero nord e il secondo quelle dell’emisfero sud alla ricerca di pianeti extrasolari attorno a tali stelle.

A differenza del suo gemello HARPS, HARPS-N è collocato a nord dell’equatore e ha le condizioni osservative migliori per la zona di cielo occupata dalla costellazione del Cigno e della Lira che sono le costellazioni verso cui punta il Telescopio Spaziale Kepler della NASA. Le stelle di questa costellazione vengono monitorate alla ricerca di candidati pianeti.

LE STELLE DI KEPLER

Kepler, dal 2009 ad oggi, ha indicato migliaia di possibili candidati pianeti dallo studio del transito dell’oggetto davanti alla sua stella.

Per confermare che tali candidati pianeti siano effettivamente pianeti, c’è bisogno di lunghe e ripetute osservazioni con misure di alta precisione realizzate da telescopi sulla Terra.

Si deve, infatti, registrare le piccolissime perturbazioni nel moto delle stelle dovute agli effetti gravitazionali prodotti da corpi celesti, in questo caso pianeti, in orbita attorno ad esse.

Questa tecnica, detta delle velocità radiali, è una delle tecniche più efficaci per individuare pianeti extrasolari.

La velocità radiale di una stella rappresenta la componente della velocità della stella misurata lungo la linea di vista dell’osservatore.

Il campo gravitazionale del pianeta induce una perturbazione del moto della stella. Il metodo delle velocità radiali (o anche metodo Doppler, in quanto basato sull'effetto Doppler) consiste nel fatto che la presenza di un pianeta comporta dei cambiamenti nella velocità della stella.

Se la stella fosse priva di pianeta, la stella descriverebbe un'orbita attorno al baricentro del sistema, che in questo caso coinciderebbe con il centro della stella.

Quando la stella ha un pianeta o più, il baricentro del sistema risulta spostato rispetto al centro della stella e quindi, sia stella che pianeta descrivono un'orbita attorno a tale baricentro.

Si nota dunque una variazione della componente radiale del moto della stella a causa della presenza del pianeta.

Grazie all'effetto Doppler si misurano le variazioni di velocità radiale dello spostamento periodico delle righe della fotosfera nello spettro stellare.

TECNICA DELLE VELOCITA’ RADIALI

HARPS-N è dunque un alleato fondamentale per poter scoprire nuove terre al di fuori del nostro Sistema Solare.

KEPLER -78b, la prima Super-Terra simile al nostro

pianeta , ma tanto vicina alla sua stella che un giorno

dura solo 8 ore e mezza

KEPLER-10c, la prima Mega-Terra, un mondo troppo grande per poter

esistere secondo le teorie di formazione planetaria

XO-2, il primo sistema binario di stelle attorno a

ciascuna delle quali e’ stato scoperto un mini sistema

planetario

ALCUNI PIANETI EXTRASOLARI CARATTERIZZATI GRAZIE AD HARPS-N

TrES-4b, un pianeta definito "puffy“, molto grande ma

leggero tanto che potrebbe galleggiare nel mare.

CON HARPS-N ALLA RICERCA DI PIANETI EXTRASOLARI

IL TEAM:GAPS SCIENCE TEAM

SABRINA MASIERO, INAF - OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI PADOVA E FGG-TELESCOPIO NAZIONALE GALILEO

CATERINA BOCCATO, INAF - OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI PADOVA

RICCARDO CLAUDI, INAF- OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI PADOVA

GLORIA ANDREUZZI, FGG-TELESCOIPIO NAZIONALAE GALILEO E INAF – OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI ROMA

EMILIO MOLINARI (DIRETTORE DEL TNG), FGG – TELESCOPIO NAZIONALE GALILEO E INAF – IAFS, MILANO

Immagini:diapositiva 1: Il Telescopio Nazionale Galleo. Crediti: FGG-TNG/Emilio Molinaridiapositiva 2: HARPS-N. Creditii: FGG-TNG. diapositiva 3: Rappresentazione artistica di un pianeta extrasolare. Crediti: NASA/JPL-Caltech.diapositiva 4: Telescopio Nazionale Galileo. Crediti: FGG-TNG/Giovanni Tessicinidiapositiva 5: Foto a sinistra- Inaugurazione di HARPS-N. Foto a destra: la prima luce di HARPS-N. Crediti: FGG-TNGdiapositiva 6: Immagine di sinistra, l’ingresso alla stanza di HARPS-N. Crediti: FGG-TNG/Sabrina Masiero. Immagine di destra: HARPS-N. Crediti: FGG-TNG.Diapositiva 7: le fibre ottiche di HARPS-N al fuoco del TNG. Crediti: FGG-TNG/Sabrina Masierodiapositiva 8: Osservatorio Astronomico dell’ESO, La Silla, Cile. Crediti: ESO. diapositiva 9: HARPS . Crediti: ESO/La Silla, Cile. Fonte ESO: http://www.eso.org/sci/facilities/lasilla/instruments/harps.htmldiapositiva 10: Telescopio Spaziale Kepler: Crediti: NASA/JPL. Rappresentazione della costellazione del Cigno. Fonte: https://www.pinterest.com/ssbazinet/our-amazing-galaxy/diapositiva 11: Rappresentazione artistica di un sistema planetario:. Crediti: http://www.zastavki.com/pictures/2560x1600/2011/Space_Exoplanet_032192_.jpgdiapositiva 12: Velocità radiale, effetto Doppler. Fonte: http://www.esep.pro/sites/esep/IMG/jpg/eso0722e.jpgdiapositiva 13: Rappresentazione artistica di un sistema planetario. Crediti: NASA/JPL /Caltech.diapositiva 14: Rappresentazione artistica di Kepler-78b. Crediti: FGG-TNG/Avet HarutyunyanRappresentazione artistica di Kepler-10c. Crediti: FGG-TNG/Vincenzo GuidoRappresentazione artistica di XO-2 da una rappresentazione artistica di ESO/Calcada modificata da Caterina BoccatoRappresentazione artistica di Tres-4b. Crediti:FGG-TNG/Vincenzo Guido