Il sistema multiplo attorno alla stella ultra-fredda Trappist-1 ha tre pianeti dalla struttura interna simile alla Terra nella regione di abitabilità. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech

I pianeti extrasolari (o esopianeti) sono corpi celesti orbitanti attorno a stelle diverse dal nostro Sole. Come gli 8 pianeti del nostro Sistema solare, gli esopianeti si sono formati all’interno di dischi di gas e polvere circumstellari quando le stelle genitrici erano astronomicamente “giovani” (qualche milione di anni!). Non è facile identificare i pianeti extrasolari: quando sono neonati, la complessa struttura del materiale del disco in cui si formano li nasconde alle osservazioni dirette; quando sono più in là con l’età (e il disco non c’è più) la presenza della stella centrale, da milioni a miliardi di volte più luminosa di un pianeta, continua a rendere difficile rivelare l’esistenza di un esopianeta in modo diretto (cioè attraverso un’immagine). Il grande successo nel campo è stato finora ottenuto prevalentemente utilizzando metodi ‘indiretti’ di rivelazione, che sfruttano una varietà di effetti che gli esopianeti inducono sulle loro stelle, quali occultazioni (metodo dei transiti), o moto orbitale dovuto alla legge di gravitazione universale (metodo delle velocità radiali).

La rivelazione e caratterizzazione fisica degli esopianeti è di fondamentale importanza per capire come il nostro Sistema solare si pone nel contesto dei complessi processi di formazione ed evoluzione planetaria, e per rispondere in ultima analisi ai quesiti relativi alle condizioni necessarie e sufficienti allo sviluppo della biologia complessa che chiamiamo vita. Per millenni, la ricerca di risposte alla domanda “Siamo soli?” fu esclusiva di mito, religione e filosofia. Dopo decine di secoli di speculazioni, sapere se oltre il nostro Sistema solare esistano luoghi potenzialmente favorevoli all’emergere di vita complessa è oggi uno degli argomenti di frontiera dell’astrofisica del 21esimo secolo. Una tale scoperta non sarebbe solamente rivoluzionaria per il campo di ricerca che se ne occupa, ma avrebbe anche una profonda valenza culturale.

Studi in corso e domande aperte

Il campo di ricerca degli esopianeti è giovanissimo. Il primo pianeta di tipo gioviano orbitante una stella simile al nostro Sole, 51 Pegasi, è stato individuato da due astronomi svizzeri (Michel Mayor e Didier Queloz) nel 1995. A poco più di vent’anni da quella scoperta, il campo è in espansione vertiginosa e sta acquisendo un forte aspetto interdisciplinare. L’utilizzo di strumentazione di avanguardia sia da Terra (come lo spettrografo Harps-N al Tng, il Telescopio nazionale Galileo) che nello spazio (come la missione Kepler della Nasa) ha permesso di iniziare a comprendere la straordinaria varietà delle possibili realizzazioni dei sistemi planetari extrasolari come evidenza osservativa fossile dei complessi processi di formazione ed evoluzione planetaria in dischi circumstellari dalle proprietà fisiche e morfologiche differenti. Ad esempio, sappiamo che giganti gassosi e pianeti terrestri possono trovarsi su orbite brevissime (anche 1/40 della distanza di Mercurio dal Sole!) come risultato di fenomeni di migrazione orbitale, e che una stella su tre ospita pianeti che non hanno un analogo nel nostro Sistema solare: ‘super-Terre’ con masse e raggi intermedi tra quello della Terra e quello di Nettuno.

Si stima che siano circa due miliardi i pianeti terrestri nella regione di abitabilità esistenti nella Via Lattea

La frontiera della ricerca nel campo ha due direttrici principali. Da un lato, determinare l’architettura e la dinamica dei sistemi esoplanetari sulle varie scale di massa, raggio e separazione e comprendere la dipendenza delle proprietà fisiche e dinamiche dei pianeti dalle caratteristiche delle stelle ospiti (età, massa, composizione chimica). Dall’altro, misurare in modo sistematico la composizione interna e la chimica e dinamica delle atmosfere degli esopianeti (queste ultime studiate oggi ancora solo a livello ‘pionieristico’), identificando nel futuro un campione di pianeti di tipo terrestre nella regione di abitabilità delle loro stelle (il sistema di Trappist-1 ne è il primo spettacolare esempio) e le cui atmosfere possano essere studiate in dettaglio alla ricerca di gas biogenici (cioè indicatori della presenza di vita) con Jwst (telescopio spaziale Nasa) e con Elt (39 metri di diametro!) nel deserto di Atacama in Cile.

Il coinvolgimento dell’Istituto nazionale di astrofisica

I ricercatori dell’Inaf hanno sfruttato con grande successo, nell’ultimo quinquennio, dati ottenuti con il cacciatore di pianeti Harps-N al Tng. L’Inaf ha responsabilità dirette di alto livello in molti progetti presenti a futuri di grande respiro per la rivelazione e caratterizzazione fisica (composizione interna e atmosfera) di sistemi esoplanetari, sia da Terra (Sphere/Vlt, Espresso/Vlt, Shark/Lbt, Hires/Elt) che nello spazio (Gaia, Cheops, Plato e Ariel).