A caccia di emissioni radio da Proxima Centauri

La recente campagna osservativa di Proxima Centauri, il sistema planetario più vicino al Sole, portata avanti dall’Istituto di astrofisica Andalusa con la partecipazione dell’Inaf, apre una nuova strada per la caratterizzazione degli esopianeti e la ricerca delle condizioni per la vita extraterrestre. Dopo 17 giorni di osservazioni, i ricercatori hanno scoperto emissione aurorale radio dal sistema. I flussi radio osservati sono consistenti con emissione di maser di ciclotrone, e sono correlati alla posizione del pianeta Proxima b attorno alla stella
Ufficio stampa Inaf  

A seguito di un’intensa campagna osservativa effettuata nell’aprile 2017, un gruppo internazionale di ricercatori guidato dall’Istituto di astrofisica dell’Andalusia (Iaa) del Consiglio nazionale delle ricerche spagnolo (Csic) ha scoperto emissione radio aurorale prodotta dall’interazione della stella Proxima Centauri, la più vicina al Sole, con il suo esopianeta Proxima Centauri b, o Proxima b in breve. I radioastronomi, tra cui anche alcuni dell’Istituto nazionale di astrofisica, sono riusciti a osservare quindi per la prima volta l’intensa attività magnetica innescata dall’esopianeta Proxima b. I risultati, pubblicati oggi sulla rivista Astronomy & Astrophysics, aprono una nuova strada nello studio dei pianeti extrasolari nel campo della radioastronomia. 

Da oltre 20 anni è noto che l’interazione magnetica tra Giove e Io, una delle sue lune principali, generi una grande quantità di emissioni radio simili alle aurore che ammiriamo sulla Terra, dove le aurore boreali e australi si manifestano come spettacolari fenomeni ottici visibili nelle zone polari. A produrli  sono le particelle energetiche (elettroni e ioni) principalmente emesse dal Sole che vengono incanalate dal campo magnetico terrestre verso la nostra atmosfera. Le aurore terrestri producono anche una intensa emissione radio che può essere captata dallo spazio. Tutti i pianeti del Sistema solare che sono dotati di un campo magnetico mostrano aurore, quasi sempre dovute alle particelle del vento solare che impattano sulla magnetosfera planetaria. 

Dopo la scoperta, nel 2016, del pianeta Proxima b attorno alla stella più vicina a noi, i ricercatori guidati dall’Iaa-Csic hanno deciso di verificare se le emissioni radio aurorali si verificano anche in questo sistema planetario, cioè se sia presente emissione radio aurorale stimolata dal transito di Proxima b all’interno della magnetosfera della sua stella ospite. In maniera analoga a quel che avviene per la coppia Giove e Io, il passaggio del pianeta attraverso la magnetosfera stellare accelera le particelle ionizzate in vicinanza del pianeta. Queste si propagano in un moto a spirale verso le regioni polari della stella e, dopo essere state riflesse per il fenomeno degli specchi magnetici, danno origine ad una particolare emissione molto intensa, il “maser di ciclotrone”, proprio sopra i poli magnetici della stella. La radiazione maser si propaga perpendicolarmente alle linee di forza del campo magnetico ed è polarizzata circolarmente, seguendo il moto a spirale degli elettroni. L’alta direttività fa sì che il maser, a causa del moto del pianeta, produca un effetto faro, e quindi sia visibile dalla Terra solo in particolari fasi del periodo orbitale. L’emissione maser sarà più intensa se il pianeta ha un campo magnetico, che agisce come uno scudo durante l’attraversamento della magnetosfera stellare, in quanto produce una più efficiente accelerazione di particelle. 

Proxima Centauri è una nana rossa a 4,2 anni luce dalla Terra, più piccola, più fredda e meno luminosa del Sole, ma che mostra una intensa attività magnetica e intensi brillamenti in tutto lo spettro elettromagnetico. Proxima b si trova nella fascia di abitabilità della stella, cioè a una distanza tale che la temperatura potrebbe consentire all’acqua di esistere allo stato liquido (condizione essenziale per la vita come la conosciamo sulla Terra). Purtroppo Proxima b è talmente vicina alla stella che i frequenti brillamenti, che producono intense radiazioni e particelle energetiche, potrebbero spazzare via l’atmosfera e ostacolare la nascita di una qualsiasi forma di vita. Solo l’eventuale presenza di un campo magnetico, come nel caso della Terra, riuscirebbe a schermare il pianeta dalle particelle salvaguardando lo sviluppo della vita.

La nana rossa è stata osservata con l’Australia Telescope Compact Array (Atca) a 2 GHz in un arco di tempo di 17 giorni consecutivi. L’Atca è un radiotelescopio gestito da Csiro presso il Paul Wild Observatory in Australia, composto da 6 antenne di 22 metri di diametro. Poiché il pianeta compie una rivoluzione completa attorno alla sua stella una volta ogni 11,2 giorni, si può affermare che il sistema di Proxima Centauri sia stato osservato per l’equivalente di un anno e mezzo terrestre. 

L’emissione radio arriva al massimo livello due volte per ogni periodo orbitale e questi picchi di emissione radio si osservano quando il pianeta raggiunge la massima distanza apparente dalla sua stella, cioè quando Proxima b viene osservato in quadratura dalla Terra, esattamente come si aspettavano i ricercatori. Durante la campagna osservativa sono stati rilevati diversi flash radio, che però sono legati all’attività stellare. 

Rappresentazione grafica dell’emissione radio in funzione della posizione del pianeta Proxima b nella sua orbita e rappresentazione del sistema come visto dalla Terra. L’emissione di ciclotrone è indicata con il puntino blu. Crediti: M. Perez-Torres et al., A&A 2020

Corrado Trigilio, Paolo Leto e Grazia Umana dell’Inaf di Catania, co-autori di questo articolo, da tempo studiano l’emissione radio aurorale dalle stelle e hanno sviluppato modelli per questo tipo di fenomeno. Leto sottolinea che «l’emissione nella banda radio di Proxima Centauri è polarizzata: secondo il meccanismo fisico che sta alla base di questo tipo di fenomeno, il segno della polarizzazione è legato all’emisfero stellare da cui proviene l’emissione radio. I dati concordano molto bene con le previsioni dei modelli di interazione tra la stella e il pianeta». 

Trigilio aggiunge: «Il nostro studio fornisce la conferma definitiva che anche gli esopianeti interagiscono con il campo magnetico della loro stella. Questo è un tema che ultimamente ha riscontrato un interesse molto alto.  Sottolineiamo che questa è la prima volta che il fenomeno è osservato in un sistema in cui è confermata la presenza di un pianeta ed è correlato con la sua posizione nell’orbita. Grazie a un’accurata modellistica, si potranno ricavare indicazioni sulla presenza di eventuali campi magnetici planetari, con implicazioni sullo sviluppo di vita extraterrestre», conclude.

Il gruppo dell’Inaf di Catania sta pianificando una campagna osservativa con MeerKat, uno dei precursori dello Square Kilometre Array (Ska) composto da 64 antenne paraboliche di 13 metri in Sud Africa, con l’intento di cercare l’emissione radio aurorale in tutti i sistemi planetari entro i 10 parsec dalla Terra.

Per saperne di più:

• Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “Monitoring the radio emission of Proxima Centauri”, di Miguel Pérez-Torres, José Francisco Gómez, José Luis Ortiz, Paolo Leto, Guillem Anglada, José Luis Gómez, Eloy Rodríguez, Corrado Trigilio, Pedro J. Amado, Antonio Alberdi, Guillem Anglada-Escudé, Mayra Osorio, Grazia Umana, Zaira Berdiñas, María José López-González, Nicolás Morales, Cristina Rodríguez-López e James Chibueze