Sono serviti dieci anni e almeno tre telescopi spaziali e quattro terrestri per studiare uno fra i sistemi planetari più articolati di sempre, e ora –finalmente – uno fra quelli conosciuti più in dettaglio. La stella attorno alla quale è nato tutto si chiama Hip 41378, dista circa 346 anni luce dalla Terra, in direzione della costellazione del Cancro. Ospita almeno sei esopianeti, tre interni e tre esterni, e forse un settimo ancora da confermare. Grazie a uno sforzo internazionale di menti, telescopi e tempo, oggi la stella e il sistema planetario sono protagonisti di due articoli che li possono raccontare nel dettaglio, caratterizzando le masse, i periodi e la natura di tutti i pianeti confermati. Si tratta di uno dei primi sistemi multipli in cui pianeti a lungo periodo orbitale sono stati caratterizzati in modo approfondito.

Un primo studio, guidato dall’astrofisica Salomé Grouffal, ricercatrice all’Istituto di planetologia e astrofisica dell’Università Grenoble Alpes, racconta questi dieci anni di studio del sistema planetario Hip 41378, con osservazioni che vanno dal 2015 al 2024. Il sistema planetario è stato infatti scoperto nel 2015 dal telescopio Kepler della Nasa, ed era noto per ospitare almeno cinque pianeti. Hip 41378 si trova in una configurazione particolarmente favorevole, perché quasi tutti i suoi pianeti (tranne uno) transitano davanti alla loro stella, creando un allineamento quasi perfetto con la Terra. Può dunque essere studiato contemporaneamente usando due tecniche osservative complementari: il metodo dei transiti (che osserva il cambiamento nella luce della stella quando il pianeta le passa davanti) e quello delle velocità radiali (che misura le variazioni della velocità della stella indotte dai pianeti).

«Il sistema planetario intorno a Hip 41378 è tra i più complessi finora conosciuti e la sua caratterizzazione ha richiesto anni di osservazioni ed analisi», dice a Media Inaf  Luca Malavolta, professore associato al Dipartimento di fisica e astronomia dell’Università di Padova e coautore dello studio. «Con lo spettrografo Harps-N, al Telescopio nazionale Galileo, siamo stati i primi ad iniziare le osservazioni necessarie per caratterizzare anche i pianeti non transitanti e misurare le masse di tutti i pianeti nel sistema, con quasi un anno di anticipo rispetto agli altri telescopi. Cominciare così presto è stato quindi fondamentale per determinare con maggiore precisione il periodo orbitale del pianeta più esterno, poiché dal singolo transito osservato in fotometria sapevamo della sua esistenza, ma non a quale distanza orbitasse dalla sua stella. Il sistema planetario intorno a Hip 41378 rappresenta un ottimo esempio dell’impegno e dello sforzo internazionale necessari per misurare la massa dei pianeti terrestri nella zona abitabile che verranno identificati da Plato, ormai prossimo al lancio».

Oltre ad Harps-N, hanno osservato il sistema anche lo spettrografo Harps montato al telescopio di 3.6m dell’Eso a La Silla, lo spettrografo Hires del telescopio Keck I, alle Hawaii, e lo spettrografo Espresso al Vlt. Dallo spazio, invece, sono stati osservati i transiti dei pianeti davanti alla stella Hip 41378 con i telescopi Tess e Cheops.

Il sistema, dicevamo, è composto da tre pianeti interni più piccoli di Nettuno e da tre pianeti esterni a bassa densità, che possono raggiungere dimensioni paragonabili a quelle di Saturno. Nel suo articolo, in uscita su Astronomy and Astrophysics, Grouffal e coautori hanno determinato con precisione masse, orbite e interazioni gravitazionali dei pianeti del sistema Hip 41378, trasformandolo in uno fra i sistemi multiplanetari a lungo periodo meglio caratterizzati al di fuori del Sistema solare. I tre pianeti interni – denominati b, c e g – hanno periodi rispettivamente di 15 giorni, 31 giorni, e circa 64 giorni (quest’ultimo è quello con più incertezze, poiché è l’unico pianeta del sistema che, da Terra, non si vede transitare davanti alla stella). I pianeti esterni – d, e ed f – hanno invece periodi orbitali che raggiungono l’anno e mezzo

«Lo studio di un sistema planetario come Hip 41378 richiede pazienza», dice a Media Inaf Grouffal. «Alcuni dei suoi pianeti impiegano più di un anno per compiere un’orbita attorno alla loro stella, e i segnali che misuriamo sono molto deboli. Per distinguere le tracce dei sei pianeti e misurarne con precisione le masse, dobbiamo osservare il sistema nel corso di diversi cicli orbitali, il che significa raccogliere dati per molti anni. Le osservazioni sono iniziate molto prima del mio dottorato di ricerca e sono proseguite per quasi un decennio. Infatti, durante i tre anni del mio dottorato, il pianeta più esterno, Hip 41378 f, è transitato davanti alla propria stella solo due volte. Ciò dimostra quanto possano essere limitate le opportunità di studiare i pianeti a periodo lungo e perché il monitoraggio a lungo termine sia essenziale per caratterizzarli».

Ed è proprio il pianeta esterno Hip 41378 f il protagonista del secondo studio. La sua categoria è quella ancora poco compresa dei pianeti “super-puff”: giganti ma incredibilmente leggeri, con una densità così bassa da sfuggire alla comprensione degli attuali modelli di formazione planetaria.

«Il pianeta più esterno del sistema, Hip 41378 f, è un mondo davvero straordinario a cui abbiamo dedicato uno studio approfondito, sottomesso alla rivista Astronomy and Astrophysics», spiega a Media Inaf  Pietro Leonardi, ricercatore postdoc al Dipartimento di fisica e astronomia dell’Università di Padova e primo autore di questo secondo studio. «Impiega circa un anno e mezzo terrestre per completare un’orbita attorno alla sua stella: un periodo eccezionalmente lungo per un esopianeta di cui riusciamo a conoscere sia il raggio che la massa. Studiarlo è stata una vera e propria caccia all’uomo».

A causa della sua orbita così ampia, spiega infatti il ricercatore, il suo transito sulla stella dura ben 19 ore, il che rende impossibile seguirlo per intero con un singolo telescopio a terra. Inoltre, l’attrazione gravitazionale dei suoi compagni planetari ne perturba continuamente l’orbita, creando anomalie nei tempi di transito (le cosiddette transit timing variation, o Ttv) che possono far anticipare o ritardare l’appuntamento con il pianeta anche di sette ore.

«Per non perderlo abbiamo dovuto mettere in piedi una complessa campagna internazionale, coordinando una rete globale di telescopi terrestri e spaziali. Grazie a questo sforzo e a una complessa modellizzazione dinamica», conclude Leonardi, «non solo abbiamo catturato questo evento così elusivo, il settimo osservato finora, ma abbiamo ridisegnato con precisione l’architettura di questo affascinante sistema planetario, aiutando possibili osservazioni future».

Per saperne di più:

• Leggi su Astronomy and Astrophysics l’articolo “A decade of monitoring the HIP 41378 planetary system. Masses and orbital periods of six planets and a planet candidate“, di S. Grouffal, A. Santerne, X. Dumusque, B. Akinsanmi, T. Guillot, N. C. Hara, A. Leleu, L. Malavolta, M. Saillenfest, D. J. Armstrong, S. C. C. Barros, D. Bayliss, A. S. Bonomo, D. J. A. Brown, A. Collier Cameron, M. Cretignier, I. J. M. Crossfield, F. Dai, M. Damasso, O. Demangeon, P. Figueira, P. Leonardi, A. F. Martínez Fiorenzano, M. López-Morales, E. Molinari, A. Mortier, L. D. Nielsen, H. P. Osborn, E. Petigura, K. Rice, N. C. Santos, A. Sozzetti, S. Sulis, S. Udry e C. Watson
• Leggi su arXiv il preprint dell’articolo “Observing a 542-day transiting giant with large TTVs: The 2025 transit of HIP 41378 f and new constraints on the outer system”, di Pietro Leonardi, Alexandre Santerne, Luca Borsato, Salomé Grouffal, Christopher R. Mann, Giampaolo Piotto, Karen A. Collins, Patrick Tamburo, Yugo Kawai, Denise C. Stephens, Juliana García-Mejía, Edward M. Bryant, Krzysztof Sz. Zielinski, Daniel Bayliss, David Charbonneau, Jerome P. de Leon, Gareb Fernández-Rodríguez, Akihiko Fukui, Eric G. Hintz, Keith Horne, Keisuke Isogai, James S. Jenkins, Norio Narita, Ramotholo Sefako, Avi Shporer, Richard P. Schwarz, Gregor Srdoc, Peter Wheatley, Jamie B. Williams e Jorge Fernández Fernández