M51: il primo pianeta esterno alla via Lattea

Render sistema binario M51
Il render mostra un sistema binario come quello in cui è stato scoperto M51-ULSS-1.

Per la prima volta nella storia potrebbero essere stati rilevati i segni di un pianeta in transito su una stella fuori della nostra galassia. Questo intrigante risultato, utilizzando l’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA, apre una nuova frontiera per la ricerca di esopianeti a distanze maggiori che mai. Il possibile candidato pianeta si trova nella galassia a spirale Messier 51 (M51), chiamata anche Galassia Whirlpool per il suo profilo distintivo.

Gli esopianeti sono definiti come pianeti al di fuori del nostro Sistema Solare. Fino ad oggi, gli astronomi hanno trovato gli esopianeti nella Via Lattea. Quasi tutti a meno di circa 3.000 anni luce dalla Terra. Un pianeta in M51 sarebbe distante circa 28 milioni di anni luce, migliaia di volte più lontano di quelli della Via Lattea.

La tecnica a raggi X

“Stiamo cercando di aprire un’arena completamente nuova per trovare altri mondi cercando pianeti candidati alle lunghezze d’onda dei raggi X, una strategia che rende possibile scoprirli in altre galassie”, ha affermato Rosanne Di Stefano del Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) di Cambridge, Massachusetts, che ha condotto lo studio, pubblicato su Nature Astronomy (rif.).

Questa scoperta si basa sui transiti, il passaggio di un pianeta davanti a una stella blocca parte della luce della stella e produce un caratteristico tuffo nello spettro visibile. Gli astronomi che utilizzano telescopi sia terrestri che spaziali, come quelli delle missioni Kepler e TESS della NASA, hanno cercato cali di luce ottica, le radiazioni elettromagnetiche che gli esseri umani possono vedere, consentendo la scoperta di migliaia di pianeti.

Immagine della galassia Messier M51.
Immagine della galassia Messier M51. Credits: NASA

Di Stefano e colleghi hanno invece cercato cali di luminosità dei raggi X ricevuti dalle binarie luminose a raggi X. Questi sistemi luminosi contengono tipicamente una stella di neutroni o un buco nero che attira gas da una stella compagna in orbita stretta. Il materiale vicino alla stella di neutroni o al buco nero si surriscalda e si illumina ai raggi X.

Poiché la regione che produce raggi X è piccola, un pianeta che gli passa davanti potrebbe bloccare la maggior parte o tutti i raggi X. Questo rende il transito più facile da individuare, perché i raggi X possono scomparire completamente. Ciò potrebbe consentire di rilevare esopianeti a distanze molto maggiori rispetto agli attuali studi sul transito della luce ottica. Gli strumenti usati oggi devono essere in grado di rilevare minuscole diminuzioni di luce perché il pianeta blocca solo una piccola frazione della stella.

La scoperta di M51-ULS-1

Il team ha utilizzato questo metodo per rilevare il pianeta candidato in un sistema binario chiamato M51-ULS-1, situato in M51. Questo sistema contiene un buco nero o una stella di neutroni in orbita attorno a una stella compagna con una massa circa 20 volte quella del Sole. Il transito di raggi X che hanno trovato utilizzando i dati di Chandra è durato circa tre ore. Durante questo tempo, l’emissione di raggi X è scesa a zero. Sulla base di questa e di altre informazioni, i ricercatori stimano che il pianeta candidato in M51-ULS-1 avrebbe all’incirca le dimensioni di Saturno. La sua orbita attorno alla stella di neutroni o al buco nero a circa il doppio della distanza di Saturno dal Sole.

Sebbene questo sia uno studio allettante, sarebbero necessari più dati per verificare l’interpretazione come esopianeta extragalattico. Purtroppo l’orbita del pianeta candidato è molto grande. Non si incrocerebbe più davanti al suo partner binario per circa 70 anni, vanificando ogni tentativo di osservazione di conferma per decenni.

“Sfortunatamente per confermare che stiamo vedendo un pianeta dovremmo aspettare decenni per vedere un altro transito”, ha detto la coautrice Nia Imara dell’Università della California a Santa Cruz. “E a causa delle incertezze su quanto tempo ci vuole per orbitare, non sapremmo esattamente quando guardare”.

A sinistra, immagine in falsi colori di M51 ripresa ai raggi X dal telescopio spaziale Chandra. M51-ULS-1 è la sorgente più luminosa al centro del riquadro. A destra, il campo contenuto nel riquadro, ripreso da Hubble in luce visibile e nel vicino infrarosso. Il cerchio magenta indica la posizione di M51-ULS-1
A sinistra, immagine in falsi colori di M51 ripresa ai raggi X dal telescopio spaziale Chandra. M51-ULS-1 è la sorgente più luminosa al centro del riquadro. A destra, il campo contenuto nel riquadro, ripreso da Hubble in luce visibile e nel vicino infrarosso. Il cerchio magenta indica la posizione di M51-ULS-1 Credit: NASA

L’oscuramento può essere stato causato da una nuvola di gas e polvere che passa davanti alla sorgente di raggi X? I ricercatori considerano questa una spiegazione improbabile, in quanto le caratteristiche dell’evento osservato in M51-ULS-1 non sono coerenti con il passaggio di una tale nuvola. Il modello di un pianeta candidato è coerente con i dati.

“Sappiamo che stiamo facendo un’affermazione entusiasmante e audace, quindi ci aspettiamo che altri astronomi la esamineranno con molta attenzione”, ha affermato la co-autrice Julia Berndtsson della Princeton University nel New Jersey. “Pensiamo di avere un argomento forte, e questo processo è il modo in cui funziona la scienza”.

Gli sviluppi futuri

Se un pianeta esiste in questo sistema, probabilmente ha avuto una storia tumultuosa e un passato violento. Un esopianeta nel sistema avrebbe dovuto sopravvivere a un’esplosione di supernova che ha creato la stella di neutroni o il buco nero. Ma il futuro potrebbe essere altrettanto pericoloso. Ad un certo punto, la stella compagna potrebbe anche esplodere come una supernova e far esplodere nuovamente il pianeta con livelli di radiazioni estremamente elevati.

Di Stefano e i suoi colleghi hanno cercato i transiti di raggi X in tre galassie oltre la Via Lattea, utilizzando sia Chandra che l’XMM-Newton dell’Agenzia spaziale europea (ESA). La loro ricerca ha riguardato 55 sistemi in M51, 64 sistemi in Messier 101 (la galassia “Girandola”) e 119 sistemi in Messier 104 (la galassia “Sombrero”), risultando nel singolo esopianeta candidato descritto qui.

Gli autori cercheranno negli archivi sia di Chandra che di XMM-Newton per ulteriori esopianeti candidati in altre galassie. Sono disponibili sostanziali dataset di Chandra per almeno 20 galassie, incluse alcune come M31 e M33 che sono molto più vicine di M51, consentendo di rilevare transiti più brevi. Un’altra linea di ricerca interessante è la ricerca di transiti di raggi X nelle sorgenti di raggi X della Via Lattea per scoprire nuovi pianeti vicini in ambienti insoliti.

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