LISA potrebbe rilevare pianeti in sistemi di due nane bianche

Un segnale gravitazionale che potrebbe rivelare un pianeta

Due studi guidati da astrofisici della NASA descrivono come l’osservatorio spaziale LISA potrebbe rilevare una popolazione di esopianeti non ancora osservata: pianeti in orbita attorno a sistemi binari di nane bianche. Il metodo proposto cerca una traccia del pianeta nelle onde gravitazionali emesse dalle due stelle compatte. Non si tratta di rilevamenti già effettuati: LISA è in fase di sviluppo e il lancio è previsto per la metà degli anni 2030, secondo la NASA.

Le nane bianche sono resti delle dimensioni della Terra che rimangono di stelle come il Sole. Sebbene siano stati trovati esopianeti attorno ad alcune nane bianche isolate, la NASA segnala che finora non ne è stato scoperto nessuno attorno a una coppia di nane bianche. Se la strategia funzionerà, questi mondi costituiranno una popolazione distinta di esopianeti.

La proposta si basa sul fatto che le due stelle di un sistema binario stretto producono onde gravitazionali con una frequenza quasi continua. Se un pianeta sufficientemente massiccio orbita attorno al sistema, la sua gravità fa sì che il sistema binario compia un movimento riflesso. Questo spostamento modula il segnale: compaiono bande laterali, segnali secondari a frequenze leggermente superiori e inferiori a quella principale. Secondo il team, queste variazioni potrebbero rivelare la presenza del pianeta.

Dal movimento stellare alle onde gravitazionali

Il ragionamento presenta un parallelo metodologico con il metodo della velocità radiale, che utilizza la luce per cercare pianeti attorno a stelle vicine. Con questo metodo, l’attrazione gravitazionale del pianeta provoca una piccola oscillazione della stella; il movimento modifica periodicamente lo spettro della sua luce per effetto Doppler. Per LISA, il segnale ricercato non sarebbe uno spostamento delle righe spettrali, bensì una modulazione Doppler delle onde gravitazionali emesse dalla coppia di nane bianche.

La NASA paragona le bande laterali a quelle generate nelle comunicazioni radio attorno a una frequenza portante. Nell’analogia, i segnali secondari contengono informazioni sul pianeta, sebbene per l’osservazione reale sarà necessario interpretare la forma del segnale gravitazionale. Secondo la stessa fonte, la possibilità di cercare esopianeti in sistemi binari di nane bianche con LISA era stata proposta inizialmente nel 2008.

La missione sarà composta da tre veicoli spaziali che seguiranno la Terra nella sua orbita attorno al Sole. Insieme formeranno una configurazione triangolare con lati lunghi 1,6 milioni di miglia (2,5 milioni di chilometri). I veicoli misureranno minime variazioni delle distanze fra loro mediante segnali laser infrarossi; tali variazioni permetteranno di rilevare il passaggio delle onde gravitazionali. La NASA partecipa alla missione, guidata dall’Agenzia spaziale europea, fornendo telescopi, altri componenti e supporto tecnico e scientifico.

Cosa studierebbero i lavori e cosa resta da dimostrare

I due articoli descritti dalla NASA sono apparsi martedì su The Astrophysical Journal. Il primo, firmato solo da Casey McGrath, analizza il metodo di rilevamento e determina quali masse planetarie e periodi orbitali sarebbero più favorevoli. Il secondo, scritto da McGrath e dai suoi coautori, studia come confermare i pianeti candidati con il telescopio spaziale James Webb. Il materiale disponibile non specifica la data di calendario corrispondente a «martedì».

La proposta di conferma sfrutta la sensibilità infrarossa di Webb. Secondo il team, un pianeta in un sistema binario di nane bianche produrrebbe un eccesso di luce infrarossa rispetto a quella attesa dalle sole stelle. Gli strumenti di Webb potrebbero rilevare questo eccesso fino a una distanza di almeno 500 anni luce. In un sistema di prova, i ricercatori stimano che Webb potrebbe rilevare un esopianeta con una massa pari a circa cinque volte quella di Giove; LISA, in circostanze ideali, potrebbe rilevarne uno con una massa inferiore a quella di Giove. Sono stime riferite al caso descritto, non risultati di osservazioni di pianeti confermati.

La conferma è importante perché un segnale candidato, da solo, non basta a stabilire l’esistenza di un pianeta. La NASA descrive l’osservazione congiunta come un modo per convalidare alcuni candidati e distinguere i veri segnali planetari dai falsi positivi. Le informazioni disponibili presentano una strategia di rilevamento e conferma futura; non riportano scoperte osservative di esopianeti in sistemi binari di nane bianche.

Una possibile popolazione, non un censimento confermato

Gli astronomi stimano che la Via Lattea contenga 10 milioni di sistemi composti da due nane bianche con periodi orbitali inferiori a un’ora, che generano onde nell’intervallo adatto a LISA. Secondo le previsioni citate dalla NASA, LISA potrebbe risolvere circa 10.000 sistemi individuali, oltre a circa 100 sistemi binari misti — con nane bianche, stelle di neutroni o buchi neri — con periodi simili. Queste cifre descrivono stime sui sistemi che la missione potrebbe osservare, non un conteggio di pianeti rilevati.

La portata della ricerca dipende dalla capacità di LISA di misurare la modulazione prevista e dalla possibilità di confermare i segnali candidati. Webb offrirebbe una verifica complementare nell’infrarosso, ma i valori di sensibilità riportati si riferiscono a un sistema di prova e a condizioni specifiche. Per ora, la proposta amplia le potenziali modalità di studio degli esopianeti: sfrutta le onde gravitazionali per cercare mondi in una configurazione stellare diversa da quelle esplorate finora, senza che ciò equivalga ad aver già scoperto questa popolazione.

Riferimenti