Le esocomete di Beta Pictoris

Osservati 30 transiti di astri chiomati nei dati di TESS

Rappresentazione artistica del sistema di Beta Pictoris.

Negli anni Ottanta, gli astronomi scoprirono che la stella β Pictoris (Beta Pictoris) ospitava un disco circumstellare formato da polveri e gas. Essendo una stella molto giovane, posta ad appena 63,4 anni luce, il suo disco è diventato un laboratorio ideale per studiare quei processi che hanno portato alla formazione dei pianeti e altri corpi minori.

La storica immagine in cui compariva per la prima volta il disco protoplanetario di Beta Pictoris.

Ben prima degli esopianeti

Sin dal 1987, la variazione nell’intensità delle righe H e K fu interpretata come la prova che nella regione interna fosse presente attività di tipo cometario, dovuta alla sublimazione di ghiacci presenti in nuclei cometari. Le comete di Beta Pictoris furono i primi oggetti non stellari individuati fuori dal Sistema Solare, ben prima che fossero scoperti i primi esopianeti. Nel frattempo furono individuati due corpi planetari in formazione. Da allora la stella non ha mai smesso di affascinare gli studiosi ed è costantemente osservata sia dal suolo sia dallo spazio.

Decenni di osservazioni di tali transiti cometari (anche su poche altre stelle) hanno fornito informazioni importanti sull’attività dei corpi minori nei primi milioni di anni di una stella. Si pensa che un processo analogo sia avvenuto nella nebulosa solare, quindi osservare quanto avvenga su Beta Pictoris, è come guardare al giovane Sole.

Occhi puntati sulla stella

Beta Pictoris riunisce insieme alcune caratteristiche molto favorevoli, tra cui la vista quasi perfettamente di taglio del suo disco. Tuttavia, anche per questa stella, le osservazioni delle esocomete sono state limitate alla parte gassosa delle code sondate dalla spettroscopia di transito. La componente polverosa richiede infatti misure fotometriche di elevatissima precisione, solo da poco disponibili.

La situazione è cambiata quando, utilizzando i dati ottenuti dal Transiting Exoplanet Survey Satellite (Tess) tra ottobre 2018 e febbraio 2019, sono stati scoperti tre eventi fotometrici interpretati come dovuti a code polverose in transito. A sostegno di questa interpretazione, le curve di luce osservate sono quasi identiche alle previsioni fatte vent’anni prima.

La raccolta dei dati Tess sino al febbraio 2021 è stata analizzata da un gruppo di ricerca internazionale, guidato dal francese Alain Lecavelier des Etangs del Cnrs, al fine di eseguire una ricerca approfondita sui transiti di esocomete per determinare le dimensioni e compararle con quelle osservate nel Sistema Solare.  

I nuovi dati

Le osservazioni coprono un periodo di 156 giorni e, dopo essere state ripulite dalle variazioni luminose tipo Delta Scuti e altre più lente, mostrano una curva luminosa entro la quale sono ben riconoscibili almeno 30 cali di luce interpretabili come code di polveri cometarie in transito sulla stella.

Se già i transiti di pianeti sono osservazioni delicatissime, con le code di polveri cometarie siamo a un livello nettamente più impegnativo di misure, praticamente al limite della tecnologia attuale. Ciononostante, utilizzando una fonte luminosa di riferimento affidabile, anche fluttuazioni minuscole possono essere riconoscibili tra quelle statistiche dovute al rumore strumentale e altri artefatti.

La fonte fotometrica di riferimento è stata trovata nella vicina stella α Pictoris (Alfa Pictoris). Questa stella è di classe spettrale molto simile (A8V contro A5V), magnitudine comparabile (3,3 contro 3,85) ed è stata già ampiamente utilizzata come stella di confronto per Beta Pictoris. Entrambe le stelle esibiscono deboli variazioni positive rispetto alla magnitudine media, però Beta Pictoris anche alcune variazioni negative che Alfa Pictoris non mostra. Secondo gli astronomi sarebbero la firma del transito di piccoli corpi chilometrici e di esocomete davanti alla stella.

Beta Pictoris e il suo disco in Infrarosso. Queste immagini si ottengono dopo un’accurata sottrazione del bagliore prodotto dalla stella. Nel caso specifico si tratta di un’immagine composita ottenuta nel 1996 con i telescopi di 3,6 e 8 metri dell’ESO (ESO/A.-M. Lagrange et al.)

Mai tante esocomete con i transiti

Tra questi debolissimi transiti, il gruppo ha selezionato i più significativi per un totale di 30 ed è il numero più consistente di esocomete rilevate mediante tecniche fotometriche o, se preferiamo una locuzione più usata, con il metodo dei transiti.

Il numero di eventi è sufficiente per eseguire un’analisi statistica e un confronto con le comete locali.

In particolare gli studiosi si sono concentrati nell’analisi di un parametro che definiscono “profondità di flusso”, cioè il massimo calo di luce registrato. Questo valore deve essere certamente correlato alle dimensioni dell’oggetto in transito come per gli esopianeti.

Un evento in particole è apparso ben diverso dai restanti 29, tanto da essere di tipo completamente diverso e definito “eccezionale” per profondità di flusso. Secondo lo studio, potrebbe essere indicativo della presenza di alcune famiglie cometarie, come nel nostro Sistema solare. Per via della sua atipicità non è stato considerato nell’analisi statistica sulla distribuzione delle profondità di assorbimento e delle dimensioni delle esocomete.

La distribuzione della profondità di assorbimento misurata è dovuta a diversi parametri per ogni singola cometa, come la sua orbita, l’attività cometaria, la composizione, le dimensioni, ecc. In accordo con le simulazioni eseguite, la profondità di assorbimento è principalmente associabile al tasso di produzione intrinseca di polveri, quindi alle dimensioni dell’esocometa. In altri termini, gli altri parametri considerati non sembrano avere un impatto significativo sulla profondità di assorbimento.

A conferma, la spettroscopia dimostra che le comete osservate mostrano caratteristiche orbitali molto simili, tali da essere riconducibili a due famiglie. Essendo simili sul fronte orbitale, la differenza osservata deve essere indicativa esclusivamente delle dimensioni dei nuclei.

Un processo universale?

La distribuzione osservata nelle dimensioni delle esocomete è sorprendentemente simile alla distribuzione osservata nel Sistema solare. Tale distribuzione deve essere comune anche in altri sistemi se il modello di formazione planetaria è quello accettato (Modello di Nizza). Esso corrisponde alla distribuzione dimensionale causata da un processo a cascata di collisioni reciproche con produzione di corpi in prevalenza chilometrici. Per Beta Pictoris i nuclei cometari osservati sembrano essere di dimensioni comprese tra 3 e 14 km di diametro.

Questo lavoro getta nuova luce sull’origine e l’evoluzione delle comete nei sistemi planetari. Poiché una parte dell’acqua terrestre probabilmente ha avuto origine nelle comete, gli scienziati stanno cercando di capire il loro impatto sulle caratteristiche dei pianeti.

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Informazioni su Giuseppe Donatiello 298 Articoli
Nato nel 1967, astrofilo da sempre. Interessato a tutti gli aspetti dell'astronomia, ha maturato una predilezione per il deep-sky, in particolare verso i temi riguardanti il Gruppo Locale e l'Universo Locale. Partecipa a programmi Pro-Am nello studio dei flussi stellari in galassie simili alla Via Lattea mediante tecniche di deep-imaging. Ha scoperto sei galassie nane vicine: Donatiello I (2016), Donatiello II, III e IV nel sistema di NGC 253 (2020), Pisces VII (2020) e Pegasus V (2021) nel sistema di M31. Astrofotografo e autore di centinaia di articoli, alcuni con revisione paritaria.