Il Nobel per la Fisica 2019 è andato per metà a James Peebles, e per l'altra metà congiuntamente a Michel Mayor e Didier Queloz, per le scoperte teoriche nel campo della fisica cosmologica e per la prima scoperta di un esopianeta in orbita attorno a una stella di tipo solare.
Lo scienziato canadese James Peebles, ora all'Università di Princeton (USA) è stato premiato per l'impianto teorico ventennale fornito agli studi sull'evoluzione dell'Universo. L'altra metà del Nobel spetta a due scienziati svizzeri delle Università di Ginevra e di Cambridge, autori della prima scoperta di un pianeta esterno al Sistema Solare: una rivoluzione nel campo dell'astronomia, che ha aperto la strada alla scoperta di almeno 4.000 esopianeti soltanto nella Via Lattea.
Spiegare l'impossibile. Il lavoro di James Peebles ha posto le basi teoriche per l'attuale comprensione della storia dell'Universo, dal Big Bang ad oggi. I suoi studi descrivono l'evoluzione del cosmo nell'arco di quasi 14 miliardi di anni, da un'entità compatta, densa e rovente a un universo freddo e in espansione. Circa 400.000 anni dopo il Big Bang, la radiazione iniziale iniziò a propagarsi attraverso lo Spazio. Oggi quel relitto iniziale dell'Universo bambino rimane visibile sotto forma di radiazione cosmica di fondo.
I modelli teorici di Peebles hanno interpretato queste tracce per far luce sulla struttura dell'Universo e sulla distribuzione di materia ed energia in esso. Solo il 5% dell'Universo osservabile è "visibile" sotto forma di pianeti, stelle, alberi... persone. Il restante 95% è ad oggi misterioso e formato da energia oscura e materia oscura. Si pensa che la prima alimenti l'espansione dell'Universo, e che la seconda sia la sostanza invisibile attorno alle galassie, svelata solo dalla sua influenza gravitazionale.
Il primo di migliaia. Nel 1995, Michel Mayor e Didier Queloz annunciarono la scoperta del primo esopianeta, a 50 anni luce nella costellazione di Pegaso: 51 Pegasi b fu individuato in orbita attorno a una stella di tipo solare, dall'Osservatorio di Haute-Provence in Francia, e con un telescopio ancora piuttosto artigianale rispetto ai moderni "cacciatori" di esopianeti. Il loro lavoro ha aperto un campo totalmente nuovo nell'astronomia, che ha nel tempo eroso i nostri preconcetti sui sistemi planetari e che potrebbe un giorno aiutarci a capire se vi siano altre forme di vita nell'Universo vicino.
Quante volte abbiamo letto di "nuove Terre" scoperte al di là del Sistema Solare? La scoperta degli esopianeti di TRAPPIST-1 è certamente importante ma è soltanto l'ultima di una lunga serie. Tra gli oltre 2000 pianeti extrasolari individuati finora ce ne sono senz'altro di potenzialmente abitabili, simili al nostro per massa, dimensioni e distanza dalla loro stella. Ma come scegliere i migliori candidati al titolo di "gemello" terrestre? L'Indice di Similarità Terrestre (Earth Similarity Index, ESI) serve a valutare l'abitabilità di un pianeta in base a parametri come raggio, densità, temperatura e velocità di fuga (ossia la velocità minima necessaria ad allontanarsi dalla superficie) del pianeta in questione. È una scala che va da 0 a 1, dove 1 è il valore della Terra: un pianeta che ottenga dallo 0,8 in su può dirsi "terrestre" (Marte si attesta sullo 0,64 e Venere è a 0,78, tanto per intenderci). Ecco alcuni pianeti con ESI più alto.
Foto: © ESO/L. Calçada - ESO
I 7 pianeti di TRAPPIST-1 (ESI da 0.45 a 0.90). Il sistema solare di TRAPPIST-1 è stato scoperto nel 2015, ma soltanto nel 2017 è stato dato l'eclatante annuncio della presenza di ben 7 pianeti (non è una novità), tutti rocciosi e di cui ben 3 si trovano nella cosiddetta fascia di abitabilità.
I 7 pianeti di TRAPPIST-1 (ESI da 0.45 a 0.90). Tutti i pianeti di questo sistema solare, chiamati rispettivamente Trappist-1 b, c, d, e, f, g, h (dal più vicino al più lontano), hanno dimensioni simili a quelle del nostro pianeta: le dimensioni, la possibile composizione e le orbite sono state desunte dalle variazioni di luminosità della stella causate dal passaggio dei suoi pianeti tra noi e la stella stessa: eventi che in astronomia sono noti come transiti. Trappist-1 c, d, f ricevono quantità di energia vicine a quelle che arrivano, rispettivamente, su Venere, Terra e Marte. Tutti e sette potrebbero potenzialmente avere acqua allo stato liquido in superficie, anche se per alcuni la probabilità sembra più elevata: "e", "f" e "g", per esempio, sembrano avere tutte le carte in regola per mantenere questa condizione - l'acqua liquida - che dal nostro punto di vista è anche condizione indispensabile per un eventuale sviluppo di forme di vita.
Kepler 438b (ESI=0.88). Scoperto nel 2015 attorno a una nana rossa a 470 anni luce da noi, Kepler 438b (qui in una raffigurazione artistica) è l'esopianeta con l'ESI più alto. Ha un diametro del 12% più esteso di quello terrestre e si trova nella zona abitabile della sua stella, dove completa un'orbita ogni 35 giorni. Probabilmente roccioso, ha una temperatura compresa tra gli 0 e i 60 °C. Praticamente perfetto, se si esclude che la stella - è scoperta recente - gli riserva periodici flussi di radiazioni, che potrebbero renderlo completamente inabitabile (un parametro che l'ESI non prende in considerazione).
Foto: © David A. Aguilar (CfA)
Proxima Centauri b (ESI=0.87). Scoperto nell'agosto del 2016 è uno dei due pianeti che orbitano la nana rossa Proxima centauri, la stella più vicina al nostro sistema solare. Questo fa di Proxima Centauri b l'esopianeta più vicino alla Terra. Si trova nella fascia abitabile della sua stella ed è il terzo esopianeta con ESI più alto (dopo TRAPPIST-1d e Kepler 438b). A tutti gli effetti, il gemello più vicino.
Gliese 667Cc (ESI=0.85). Scoperto nel 2011 attorno a una nana rossa situata a 24 anni luce dalla Terra, si trova compreso in un sistema di stelle triplo (reso bene in questa illustrazione) e ha una massa stimata di 3,8 masse terrestri. Con un periodo orbitale di 28 giorni, si trova nella zona abitabile della sua stella e ha forse una temperatura di 0 °C. Non se ne conosce il raggio, perché non transita davanti alla sua stella. La sua presenza è stata trovata con il metodo delle velocità radiali, cioè misurando i piccoli movimenti che la stella compie in risposta all'attrazione gravitazionale del pianeta.
Foto: © . ESO/L.Calçada/wikimedia, CC BY-ND
Kepler 442b (ESI=0.84). Questo pianeta roccioso grande 1,3 volte la Terra (e con 2,3 volte la sua massa) è stato individuato nel 2015 attorno a una stella più fredda del Sole, a 1100 anni luce da noi. Ha un periodo orbitale di 112 giorni e si trova nella zona abitabile della stella, ma ha una temperatura stimata di -40 °C. Un po' freddino, ma nei limiti della sopportazione: su Marte, durante l'inverno, la temperatura nei pressi dei poli arriva a -125 °C. Qui una raffigurazione di Kepler 442b paragonato alla Terra.
Foto: © Ph03nix1986/Wikimedia Commons
Kepler 62e e 62f (ESI=0.83 e 0.67). Trovati da Kepler nel 2013, questi due pianeti orbitano una stella più fredda del Sole a circa 1200 anni luce dalla Terra. Hanno un raggio pari a circa 1,6 e 1,4 volte quello terrestre e un periodo orbitale di 122 e 267 giorni. Cadono entrambi nella zona abitabile della loro stella e hanno probabilmente, in entrambi i casi, una massa pari a 30 volte quella terrestre. Le temperature stimate permettono la presenza di acqua liquida sulla loro superficie (ma dipende dalle condizioni atmosferiche). Qui una rappresentazione artistica di Kepler 62e.
Foto: © Nasa
Kepler 452b (ESI=0.83). La sua scoperta è stata annunciata, con un clamore forse eccessivo, qualche mese fa: si tratta dell'esopianeta più simile alla Terra che orbiti nella zona abitabile di una stella simile al nostro Sole. Cinque volte più massiccio della Terra, orbita intorno al suo astro ogni 385 giorni (un numero che ricorda in modo suggestivo la durata dell'anno terrestre). La sua stella è più vecchia del Sole di 1,5 miliardi di anni: lo studio di questo pianeta potrebbe dare preziose informazioni sul futuro della Terra (che qui vediamo raffigurata a confronto).
Foto: © NASA/JPL-CALTECH/T. PYLE
La scoperta dei 7 esopianeti di TRAPPIST-1 A 40 anni luce da noi si trova la nana rossa TRAPPIST-1. Grazie alla collaborazione di vari telescopi terrestri e spaziali si è conclusa l'esplorazione del suo sistema solare e sono stati scoperti ben 7 esopianeti rocciosi, simili alla Terra, e almeno tre di essi potrebbero avere un'atmosfera e acqua liquida in superficie. Condizioni indispensabili per sostenere lo sviluppo della vita. Le tracce d'acqua e ghiaccio nell'illustrazione indicano quali pianeti hanno maggiori probabilità di avere acqua allo stato liquido o solido sulla loro superficie.
Vedi anche: che cos'è un anno luce? Che distanza è?.
SOLE ARANCIONE. TRAPPIST-1 e i sette pianeti che le orbitano intorno, in un'elaborazione grafica. Ci troviamo di fronte a un sistema planetario incredibile, non solo perché abbiamo trovato così tanti pianeti insieme, ma soprattutto perché sono sorprendentemente simili per dimensioni alla Terra
Foto: © NASA/R. Hurt/T. Pyle
I 7 nani. I sette pianeti che orbitano intorno a TRAPPIST-1, messi in fila a seconda della loro distanza (non in scala) dalla stella. Sotto al loro nome, abbiamo segnato l'indice di similarità terrestre (per saperne di più): serve a valutare l'abitabilità di un pianeta in base a parametri come raggio, densità, temperatura e velocità di fuga (ossia la velocità minima necessaria ad allontanarsi dalla superficie) del pianeta in questione.
Foto: © NASA
PIANETI VISIVBILI A OCCHIO NUDO.In primo piano uno dei sette esopianeti in orbita intorno alla stella TRAPPIST-1, vista in lontananza con gli altri pianeti, in un'elaborazione grafica
Foto: © ESO
Dove si trova TRAPPIST-1. A 40 anni luce dalla Terra, in direzione della costellazione dell'Acquario.
(Vedi anche: che cos'è un anno luce? Che distanza è?).
Foto: © ESO
È fatto così? Una rappresentazione artistica di uno dei pianetri di TRAPPIST-1.
Il sistema multiplo di pianeti terrestri transitanti individuato attorno a Trappist-1 è straordinario sotto diversi aspetti. Innanzi tutto è il primo sistema con pianeti di tipo terrestre nella fascia di abitabilità (quell'intervallo di distanze da una stella entro il quale un pianeta di tipo roccioso con un'atmosfera può potenzialmente avere acqua allo stato liquido sulla superficie) per i quali sia stato possibile determinare, sia pure in modo preliminare, la densità, e quindi la composizione interna, scoprendo che sono probabilmente rocciosi come la nostra Terra.
Foto segnaletiche. I dati relativi ai 7 pianeti, chiamati rispettivamente Trappist-1 b, c, d, e, f, g, h (dal più vicino al più lontano). Hanno dimensioni simili a quelle del nostro pianeta: le dimensioni, la possibile composizione e le orbite sono state desunte dalle variazioni di luminosità della stella causate dal passaggio dei suoi pianeti tra noi e la stella stessa: eventi che in astronomia sono noti come transiti
Viaggi spaziali. State già pensando alle prossime vacanze? Perché non provare un esopianeta? È solo fantascienza, ma questo poster di TRAPPIST-1e in stile "tour operator dello spazio" è bellissimo. Qui ce ne sono altri
Stelle e pianeti a confronto. Il confronto tra il Sole (e il nostro Sistema Solare), TRAPPIST-1, che è una nana rossa (e il suo sistema) e Giove.
Osservabile nella costellazione dell'Acquario, TRAPPIST-1 è una stella di classe spettrale M8 D (catalogo Simbad), è molto "piccola" (poco più grande di Giove) e di massa stimata nell'8% di quella del Sole.
Orbite vicine. Tutti e sette i pianeti, infatti, orbitano a una distanza inferiore di quella tra il Sole e Mercurio (circa 58 milioni di chilometri) e, proprio a causa della bassa energia della stella, tutti potrebbero ricevere una quantità di energia analoga a quella che irradia sui pianeti interni del Sistema Solare (Mercurio, Venere, Terra e - a seconda dei criteri utilizzati - Marte).
Scoperta in due fasi Da tempo gli astronomi ipotizzavano che stelle con dimensioni affini a quella di TRAPPIST-1 (che per tipologia è la più diffusa nell'Universo, probabilmente tra il 70 e l'80%) possono avere attorno molti pianeti rocciosi di dimensioni simili alla Terra. TRAPPIST-1 è la prima a essere stata sottoposta a osservazioni così prolungate e approfondite, tali da permettere la scoperta di "b", "c" e "d" già nel 2015 e infine gli altri quattro nel 2017.
Sistemi a confronto Il Sistema Solare interno messo a confonto con quello di TRAPPIST-1 e con il sistema delle lune di Giove (che al momento è allo studio di Juno)
Le scoperte di Spitzer Le osservazioni, iniziate nel settembre del 2015, sono state effettuate utilizzando un insieme di strumenti: il telescopio TRAPPIST-South (ESO) da cui il sistema ha preso il nome, il Very Large Telescope (ESO), il telescopio spaziale Spitzer (Nasa, in orbita a 568 km) e altri telescopi attorno al mondo. Quest'ultimo ha raccolto - come si vede nell'immagine - i dati relativi alla diminuzione della luce della stella al passaggio dei pianeti. Le osservazioni, durate 21 giorni hanno permesso di identificare i 7 pianeti.
Orbite circolari. Il sistema solare di TRAPPIST-1 immaginato dall'alto: si notano i 7 pianeti con orbita circolare, intorno a una stella nana rossa (non in scala). La zona verde corrisponde alla fascia di abitabilità, entro la quale è possibile la presenza di acqua liquida.
Foto: © F. Marchis & H. Marchis
A confronto. Il sistema solare di TRAPPIST-1 a confronto con quello di Giove e le sue lune. Le due famiglie di corpi celesti si somigliano, per distanze rispettivamente dalla stella e dall'astro e per le dimensioni.
Giove, il gigante del Sistema Solare
Foto: © NASA
