TESS, il cacciatore di esopianeti (e cosa c'entra l'osservatorio di Campo Catino)

Il campo inquadrato da Kepler.

Dopo l'enorme successo della missione Kepler, che ci ha permesso di scoprire che gli esopianeti sono veramente tanti, era necessaria una nuova missione di questo genere, ma che coprisse una zona di cielo più ampia. La zona scandagliata da Kepler, infatti, è di soli 107 gradi quadrati: basta un pugno chiuso a braccio teso per coprirla completamente. Tenendo puntato il suo strumento da 80cm per mesi e mesi in questa zona di cielo, aspettando pazientemente che un pianeta passasse oscurasse la sua stella, sono stati scoperti oltre quattromila esopianeti. 

Campo di vista di Kepler confrontato con quello di TESS

Quella zona di cielo, però, è troppo piccola e i pianeti scoperti spesso troppo lontani per essere studiati in altri modi. TESS, Transiting Exoplanets Survey Satellite, entra in gioco proprio qui: le sue osservazioni saranno incentrate su stelle di dimensioni simili a quelle del Sole, in un raggio di circa 200 anni luce. Utilizzerà, esattamente come Kelper, il metodo dei transiti, osservando il calo di luminosità dovuto a un pianeta che oscura parzialmente la sua stella madre. TESS è relativamente piccolo e leggero: meno di 400kg. E' dotato di quattro telecamere con obiettivi del tutto simili a teleobiettivi fotografici, con un diametro di 105mm e rapporto focale pari a  1.4. Questi quattro telescopi messi insieme inquadreranno una zona di cielo di circa 20°x90°, quasi 20 volte maggiore di quella di Kelper! 

TESS in tutto il suo splendore

L'orbita scelta per queste osservazioni scientifiche è molto particolare: molto ellittica ed inclinata, si trova in risonanza 2:1 con la Luna. Ciò significa che per ogni orbita lunare TESS ne compie due, in modo che la luce della Luna non disturbi le osservazioni. Un fatto curioso è che per arrivare all'orbita designata la piccola sonda si è fatta dare una spinta gravitazionale dal nostro satellite, cosa che non succedeva da parecchio tempo!

La particolare orbita di TESS

Ogni settore verrà osservato per un totale di 27 giorni (escluse 5 ore ogni orbita di 13 giorni per il downlink dei dati), dopodiché TESS cambierà orientamento e passerà a quello successivo. Nel corso di due anni mapperà oltre l'80% della volta celeste, mandando a Terra, si presume, decine di migliaia di candidati. Come accennato prima, essendo i telescopi di piccolo diametro, la ricerca si concentrerà su stelle di dimensione solare o quasi, relativamente vicine al nostro Sistema Solare. Il filtro di cui sono dotati gli strumenti, infatti, è un passa-banda compreso tra il rosso e l'infrarosso, per massimizzare il segnale proveniente proprio dalle stelle piccole. Il fatto che le ottiche di TESS siano tutto sommato modeste fa sorgere un altro problema. Osservate questo campo stellare, il primo inviato a terra dal satellite:

La prima immagine inviata da TESS, che inquadra un pezzo di Via Lattea

In alcuni punti le stelle sono così vicine da essere quasi fuse e indistinguibili, a causa della ridotta risoluzione dello strumento! Registrare un calo di luce quindi non è sufficiente, bisogna andare più a fondo: servono osservazioni mirate che consentano di distinguere la stella che ospita effettivamente un pianeta dalle stelle vicine, ed escludere ogni contaminazione dovuta ad eventuali stelle variabili vicine. Per questo TESS è affiancato dal TFOP, Tess Followup Observing Project, nel quale rientra anche l'osservatorio di Campo Catino (e di conseguenza io!). 

Il TFOP è composto da 5 gruppi di che si occupano di diversi campi di ricerca:

• SG1: ricerca di falsi positivi, per capire se l'evento osservato è dovuto a una stella variabile vicina
• SG2: osservazioni spettroscopiche per caratterizzare meglio la stella che ospita un candidato
• SG3: osservazioni ad alta risoluzione per capire se ci sono stelle molto vicine al target, oppure se quest'ultimo è un sistema multiplo
• SG4: osservazioni spettroscopiche per studiare il pianeta con il metodo delle velocità radiali, sfruttando l'effetto doppler
• SG5: osservazioni dallo spazio con telescopi come Hubble, Cheops e JWST (si spera)

Il gruppo SG1 è quello in cui l'OACC è coinvolto, ci occupiamo quindi di assicurarci che l'evento osservato non sia causato da stelle variabili. Un primo, grande setaccio che serve a non passare ai team di ricerca successivi pianeti che in realtà non esistono: è uno sporco lavoro, ma qualcuno deve pur farlo! 

Una tipica immagine ripresa da Campo Catino

Questo è un esempio di dati che raccogliamo: la stella verde indicata con T1 è il target individuato dal telescopio KELT, una survey a terra per la ricerca di pianeti, che è stata utilizzata dal team SG1 come "allenamento". Facendo una curva di luce della stella, confrontandola con le stelle segnate in rosso, si nota che questa non varia di luminosità. La stella vicina invece, la T2, cala del 5%! Questo è ciò che si dice NEB, o falso positivo. Questa stellina è una stella parecchio più grande del Sole, e un calo del 5% significa che davanti a questa è passato un oggetto almento 4-5 volte più grande di Giove, troppo per un pianeta.

Curva di luce delle stelle T1 e T2

Questo, ovviamente, era solo un test, quindi niente esopianeti per noi. Tess però ha da poco iniziato le osservazioni scientifiche: nel giro di pochi mesi saremo letteralmente sommersi da candidati esopianeti! L'obiettivo scientifico primario della missione sarà quello di identificare e misurare le masse di 50 pianeti di raggio inferiore a 4 volte quello terrestre. Ci riuscirà? Staremo a vedere!