Il nuovo telescopio spaziale NASA darà la caccia agli esopianeti

Il Nancy Grace Roman Space Telescope della NASA, ora in costruzione, testerà nuove tecnologie per la caccia agli esopianeti, con dettagli fino a mille volte migliori di quanto faccia qualsiasi altro strumento finora utilizzato.

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a cura di Alessandro Crea

Il Nancy Grace Roman Space Telescope della NASA, ora in costruzione, testerà nuove tecnologie per la caccia ai pianeti nello spazio. La missione mira a fotografare mondi e dischi polverosi intorno alle stelle vicine, con dettagli fino a mille volte superiori di quanto è possibile ottenere con altri strumenti.

Roman utilizzerà il suo Coronagraph Instrument, un sistema di maschere, prismi, rivelatori e persino specchi auto-flessivi costruiti per bloccare l'abbagliamento di stelle lontane e rivelare i pianeti in orbita intorno a loro, per dimostrare che le tecnologie di imaging diretto possono funzionare ancora meglio nello spazio che sulla terra.

"Saremo in grado di fotografare mondi in luce visibile", ha affermato Rob Zellem, un astronomo del Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA nel sud della California che sta co-guidando il piano di calibrazione dell'osservazione per lo strumento. Il JPL sta costruendo lo strumento coronagrafico Roman. "Farlo dallo spazio ci aiuterà a vedere pianeti più piccoli, più vecchi e più freddi di quanto l'imaging diretto di solito riveli".

Gli esopianeti, pianeti al di là del nostro sistema solare, sono così distanti e deboli rispetto alle loro stelle ospiti che sono praticamente invisibili, anche ai potenti telescopi. Ecco perché quasi tutti i mondi scoperti finora sono stati trovati indirettamente attraverso gli effetti che hanno sulle loro stelle ospiti. Tuttavia, i recenti progressi tecnologici consentono agli astronomi di scattare effettivamente immagini della luce riflessa dai pianeti stessi.

Analizzare i colori delle atmosfere planetarie aiuta gli astronomi a scoprire di cosa sono fatte le atmosfere. Questo, a sua volta, può offrire indizi sui processi che si verificano sui mondi immaginati che possono influenzare la loro abitabilità. Poiché gli esseri viventi modificano il loro ambiente in modi che potremmo essere in grado di rilevare, ad esempio producendo ossigeno o metano, gli scienziati sperano che questa ricerca aprirà la strada a future missioni che potrebbero rivelare segni di vita.

Se lo strumento coronagrafico Roman completerà con successo la sua fase di dimostrazione tecnologica, la sua modalità di polarimetria consentirà agli astronomi di visualizzare i dischi intorno alle stelle in luce polarizzata. Gli astronomi useranno immagini polarizzate per studiare i grani di polvere che compongono i dischi intorno alle stelle, comprese le loro dimensioni, forme e possibilmente proprietà minerali. Roman potrebbe anche essere in grado di rivelare strutture nei dischi, come le lacune create da pianeti invisibili. Queste misurazioni completeranno i dati esistenti sondando dischi di polvere più deboli, che orbitano più vicino alle loro stelle ospiti, finora impossibili da vedere con altri telescopi.

Gli attuali sforzi di imaging diretto si sono limitati a pianeti enormi e luminosi. Questi mondi sono tipicamente super-Giove che hanno meno di 100 milioni di anni, così giovani che brillano intensamente grazie al calore residuo della loro formazione, che li rende rilevabili nella luce infrarossa. Tendono anche ad essere molto lontani dalle loro stelle ospiti perché è più facile bloccare la luce della stella e vedere pianeti in orbite più distanti. Il Coronagraph Roman potrebbe integrare le osservazioni a infrarossi di altri telescopi fotografando per la prima volta giovani super-Giove in luce visibile, secondo uno studio condotto da un team di scienziati.

Ma gli astronomi vorrebbero anche fotografare direttamente pianeti rocciosi delle dimensioni della Terra in orbita attorno a stelle simili al Sole all'interno delle loro zone abitabili, la gamma di distanze orbitali in cui le temperature consentono all'acqua liquida di esistere sulla superficie di un pianeta. Per fare ciò, gli astronomi devono essere in grado di vedere pianeti più piccoli, più freddi e più deboli che orbitano molto più vicini alle loro stelle ospiti di quanto possano fare gli attuali telescopi. Fotografando mondi in luce visibile, Roman sarà in grado di individuare pianeti maturi che abbracciano età fino a diversi miliardi di anni.

"Per individuare pianeti simili alla Terra, avremo bisogno di prestazioni 10.000 volte migliori di quelle fornite dagli strumenti di oggi", ha dichiarato Vanessa Bailey, astronoma del JPL e tecnologa degli strumenti per il Coronagraph Roman. "Il Coronagraph Instrument funzionerà diverse centinaia di volte meglio degli strumenti attuali, quindi saremo in grado di vedere pianeti simili a Giove che sono più di 100 milioni di volte più deboli delle loro stelle ospiti".

Un team di scienziati ha recentemente simulato un obiettivo promettente chiamato Upsilon Andromedae d. "Questo esopianeta gigante gassoso è leggermente più grande di Giove, orbita all'interno della zona abitabile di una stella simile al Sole ed è relativamente vicino alla Terra, a soli 44 anni luce di distanza", ha spiegato Prabal Saxena, assistente ricercatore presso l'Università del Maryland, College Park e il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, e autore principale di un articolo. "Ciò che è davvero eccitante è che Roman potrebbe essere in grado di aiutarci a esplorare foschie e nuvole nell'atmosfera di Upsilon Andromedae d e potrebbe persino essere in grado di agire come un termometro planetario ponendo vincoli alla temperatura interna del pianeta!"

Il Coronagraph Instrument conterrà diversi componenti all'avanguardia che non hanno mai volato a bordo di un osservatorio spaziale prima. Ad esempio, utilizzerà maschere coronografiche appositamente progettate per bloccare l'abbagliamento delle stelle ospiti, ma consentirà alla luce proveniente da pianeti orbitanti più deboli di filtrare. Queste maschere hanno forme innovative e complesse che bloccano la luce stellare in modo più efficace rispetto alle maschere tradizionali.

Il Coronagraph Roman sarà inoltre dotato di specchi deformabili, che aiutano a contrastare le piccole imperfezioni che riducono la qualità dell'immagine. Questi specchi speciali misureranno e sottrarranno la luce stellare in tempo reale, e i tecnici a terra potranno anche inviare comandi al veicolo spaziale per regolarli. Ciò contribuirà a contrastare effetti come i cambiamenti di temperatura, che possono alterare leggermente la forma dell'ottica.

Usando questa tecnologia, Roman osserverà pianeti così deboli che speciali rivelatori conteranno singoli fotoni di luce al loro arrivo, a pochi secondi o addirittura minuti di distanza. Nessun altro osservatorio ha mai fatto questo tipo di imaging in luce visibile prima, fornendo un passo avanti vitale verso la scoperta di pianeti abitabili.