Se le teorie più accreditate sulla formazione delle stelle sono corrette, intorno a quasi ogni stella dovrebbero esserci dei pianeti (rocciosi i più vicini, gassosi i più lontani). I sistemi planetari come il nostro dovrebbero essere quindi la regola, e non l'eccezione, nell'Universo. Fino a non molti anni fa però sembrava impossibile riuscire a rilevare dei pianeti in orbita intorno ad altre stelle, anche tra quelle relativamente vicine. I pianeti infatti sono molto più piccoli delle stelle e brillano di luce riflessa. Oggi invece abbiamo le prove sperimentali dell'esistenza di una trentina di sistemi planetari extrasolari e di circa 70 pianeti e questo numero è in continuo aumento. Una delle tecniche utilizzate è stata quella dell'analisi delle oscillazioni orbitali delle stelle. Un pianeta e la sua stella sono infatti legati dalla forza di gravità e si muovono intorno ad un punto ideale chiamato baricentro. Essendo la massa del pianeta molto più piccola di quella della stella, il moto relativo della stella intorno al baricentro sarà molto meno evidente di quello del pianeta. Il Sole ad esempio si muove intorno al baricentro, per effetto dell'attrazione della Terra e ancora di più per effetto di pianeti molto più grandi e più pesanti della Terra, come Giove.

Fig.1 - Curva della velocità radiale di 51 Pegasi

Proprio questo moto è stato osservato in alcune stelle "vicine" (di-stanti al massimo 100-150 anni luce), deducendo così l'esistenza, e in alcuni casi anche le caratteristiche, di pianeti extra-solari. Questo metodo di osservazione indiretta è stato recentemente affiancato da sorprendenti osservazioni "dirette" di pianeti extra-solari. Il primo caso è quello di un pianeta in orbita intorno alla stella HD 209458, stella dello stesso tipo del Sole distante circa 153 anni-luce da noi. Il pianeta è stato scoperto il 5 novembre 1999 da Geoff Marcy e Steve Vogt della University of California e Paul Butler del Anglo Australian Observatory. Nello stesso mese, molti telescopi ottici da osservatori di tutto il mondo, puntarono sulla stella HD 209458 e Greg Henry della Tennessee State University fu in grado di osservare, una temporanea diminuzione della luminosità della stella (1,7%). Tale diminuzione si è poi regolarmente ripetuta ogni 3,5 giorni ed è stata interpretata come l'oscuramento (eclisse) della stella per effetto del passaggio, davanti ad essa dal nostro punto di osservazione, di un pianeta con un diametro del 60% più grande di quello di Giove e con una massa pari a circa il 63% di Giove (conseguentemente la densità del pianeta è molto bassa, circa un quinto di quella dell'acqua).

Fig.2 - Curva della variazione di luminosità di HD209458

Il primo pianeta osservato quasi direttamente è quindi un gigante gassoso molto vicino alla sua stella. In base alla teoria ciò sembra impossibile. Si pensa quindi che il pianeta stesso sia in qualche modo "scivolato" vicino al suo sole (forse per effetto del passaggio ravvicinato di qualche altro corpo celeste) e che quindi la sua esistenza (almeno come gigante gassoso) sarà , in termini astronomici, relativamente breve. Andrew Collier Cameron e alcuni suoi colleghi della University of St. Andrews (Scozia) hanno scoperto un pianeta in orbita intorno ad una stella della costellazione del "Bifolco" (Tau Bootis, 53 anni luce dalla Terra), presumibilmente un gigante gassoso molto più grande di Giove. La luce di un eventuale pianeta dovrebbe avere una caratteristica peculiare che potrebbe distinguerla rispetto alla luce della stella a cui si sovrappone: infatti il pianeta nel suo moto orbitale intorno alla stella si troverà mediamente per metà del periodo di rivoluzione in avvicinamento (rispetto alla Terra) e per l'altra metà in allontanamento. Quindi, per l'effetto Doppler, le frequenze della sua luce dovrebbero periodicamente spostarsi verso il violetto (blue-shift), quando il pianeta si muove verso di noi, e poi verso il rosso (red-shift), quando il pianeta si allontana da noi. Cameron e colleghi, analizzando lo spettro di frequenze della luce di Tau Bootis, sottraendo la luce attribuibile direttamente alla stella e impiegando sofisticati metodi statistici (insieme a varie congetture sulla natura dell'atmosfera del pianeta e quindi sulle sue proprietà di riflessione della luce) sembrano aver messo in evidenza proprio queste oscillazioni in frequenza attribuibili al moto del pianeta stesso. I grandi progressi ottenuti in questo campo sono quindi dovuti alla misurazione dell'effetto Doppler delle minime variazioni di velocità radiale (pochi metri/secondo) che uno o più pianeti producono sulla stella attorno a cui ruotano (per esempio Giove produce sul Sole un'oscillazione ritmica e lievissima di circa 13 metri/secondo, con un periodo di 12 anni). Anche in questo caso i pionieri di questa affascinante ricerca sono i californiani G. Marcy e P. Butler che hanno equipaggiato il riflettore Lick da 3 metri con uno spettrografo capace di raggiungere la incredibile risoluzione di 3 metri/secondo. La prima scoperta di un pianeta extrasolare con questa tecnica è però merito di un altro gruppo: quello di M. Mayor e D. Queloz (Università di Ginevra) che, durante il 9° congresso sulle stelle fredde tenutosi a Firenze il 6 Ottobre '95, annunciarono di aver scoperto un pianeta di 0,47 masse gioviane (Mg), in orbita perfettamente circolare, a 0,05 U.A. intorno alla stella 51 Peg. Questa estrema vicinanza comporta anche un periodo orbitale incredibilmente corto: solo 4,23 giorni! Dopo l'annuncio dei colleghi svizzeri al congresso di Firenze, bastarono a G. Marcy e P. Butler 4 giorni e 27 misure per confermare l'esistenza di 51Peg B. Un oggetto che, comunque, più che un pianeta è un concentrato di stranezze. Infatti, trovandosi a soli 7 milioni di Km dalla stella centrale, la sua temperatura deve essere decisamente torrida, dell'ordine di 1000 o 2000 C°. Essendo inoltre la sua massa di tipo gioviano, i calcoli del gruppo di T. Guillot (Università dell'Arizona) imporrebbero che 51Peg B debba ancora possedere la stessa composizione di base di Giove (H2/He) senza, però la presenza di molecole più complesse. In particolare l'acqua dovrebbe essere ancora presente, mentre dovrebbero essere assenti due composti molto importanti per spiegare le colorazioni dell'atmosfera esterna di Giove, vale a dire CH4 (metano) e NH3 (ammoniaca). Probabilmente privo di atmosfera, il pianeta potrebbe anche essere una palla fusa di ferro e roccia, con un diametro e una gravità alla superficie sette volte più grandi di quelli della Terra. Una faccia potrebbe essere sempre rivolta verso la stella, come fa la Luna rispetto alla Terra. 51 Pegasi, di magnitudine 5,5, è facilmente visibile con un binocolo, alta nel cielo notturno, tra Alpha and Beta Pegasi, la coppia occidentale delle stelle nel Grande Quadrato di Pegaso. Le coordinate equinoziali (2000) della stella sono A.R. 22 ore 57 minuti, Dec. +20 gradi 46 minuti. ] Dopo la scoperta di 51 Peg B, G. Marcy e P. Butler, che dal 1987 avevano accumulato una gran quantità di dati su velocità radiali di stelle vicine senza averne ancora intrapreso uno studio sistematico, iniziarono immediatamente, nel Novembre '95 un'indagine accurata delle misure relative alle prime 60 stelle. Fu un lavoro intenso e complesso che per due mesi richiese l'utilizzo per 14 ore al giorno di una mezza dozzina di supercomputer SPARC 20, messi a disposizione dalla Sun Microsystem. Subito furono individuati altri due pianeti: uno attorno alla 70 Virginis, l'altro attorno alla stella 47 Ursae Majoris. Era solo l'inizio di una serie continua di scoperte: 55 Cancri (55 Cnc ovvero HR3522) in Aprile, TAU Bootis (TAU Boo ovvero HR5185) in Giugno, Upsilon Andromedae (Y And ovvero HR458) in Luglio. Attorno a TAU Boo (una stella di tipo solare a 60 anni luce dalla Terra), 1,3 anni di misure Doppler hanno permesso di scoprire una variazione della velocità radiale di 468 metri/sec che si ripete con perfetta simmetria ogni 3,31 giorni: da qui la deduzione della presenza di un pianeta a 0,046 U.A. dalla stella, in orbita perfettamente circolare percorsa in 3,31 giorni.

Continua nel prossimo numero...

Tommaso Aniello