Come si scoprono gli esopianeti: il metodo della variazione dell'orario di transito
Nella ricerca di esopianeti esistono diversi metodi, alcuni noti, quale il "metodo dei transiti". Ma esistono anche metodi poco noti come il "metodo della variazione dell'orario di transito" con cui sono stati scoperti 30 esopianeti confermati.
In una serie di articoli pubblicati su Meteored abbiamo esaminato i metodi che gli astronomi hanno messo a punto nel corso degli anni per scoprire gli esopianeti. Abbiamo descritto 4 diversi metodi in ordine di numero di pianeti scoperti. Al primo posto c'è il “metodo dei transiti” con il 74,2% degli esopianeti scoperti. Segue il “metodo delle velocità radiali” con il 19.2% di esopianeti seguito dal “metodo del microlensing” con 3.9% e per ultimo il “metodo dell’imaging diretto” con 1.4% di esopianeti scoperti.
Rimane una percentuale dell’1.3% di esopianeti che è stato scoperto con metodi meno noti ma, comunque, efficaci. Uno di questi metodi è il “metodo della variazione dell'orario di transito” o Transit Timing Variation (TTV), come meglio noto all’interno della comunità astronomica.
Il metodo della variazione dell'orario di transito
Concettualmente il metodo è semplice. Esso scaturisce direttamente dal più noto metodo dei transiti. Ricordiamo che se il pianeta transita davanti alla propria stella, durante il transito esso blocca una piccolissima frazione della luce emessa dalla stella. E' una versione più piccola di ciò che succede quando la Luna transita davanti al Sole.
La differenza è che il pianeta ha dimensioni angolari dell'ordine di alcuni percento o meno delle dimensioni della stella per cui ne riduce il flusso luminoso di alcuni percento o per mille, mentre la Luna ha dimensioni angolari uguali a quelle del Sole per cui arriva ad occultarlo interamente (durante le eclissi totali).
Durante la fase di transito si produce una piccola eclissi che sarà misurabile dal telescopio e visibile nella curva di luce della stella (la curva rossa nella figura di sopra).
L'esopianeta orbita attorno alla propria stella con un periodo orbitale costante per cui anche le eclissi si ripetono periodicamente. Se, ad esempio, il pianeta impiega tre giorni esatti a compiere un'orbita, allora ogni tre giorni alla stessa ora transiterà davanti alla stella e nella curva di luce si osserverà un'eclisse esattamente ogni tre giorni alla stessa ora.
Se la stessa stella oltre ad avere un pianeta che transita ha un secondo pianeta che non transita e quindi non rilevato col metodo dei transiti, può succedere che l'interazione gravitazionale tra questi due pianeti possa accelerare o decelerare il pianeta transitante.
Ciò che si osserva è che il transito che dovrebbe avvenire sempre con lo stesso periodo (3 giorni esatti nell'esempio di prima) transita in anticipo o in ritardo di alcuni minuti. E' una variazione piccola ma è misurabile accuratamente.
Quando un pianeta transitante viene scoperto e se ne tracciano le eclissi nel corso del tempo, un aumento o una diminuzione del periodo che intercorre tra eclissi consecutive rivela che il pianeta è soggetto ad accelerazione e quindi si deduce che la causa di questa accelerazione sia l'interazione gravitazionale con un altro pianeta, altrimenti non rilevabile.
Limiti del metodo
Il metodo della variazione dei tempi di transito è un ulteriore sviluppo del metodo dei transiti. Esso può essere applicato solo a stelle in cui sia già noto un pianeta transitante ed è necessario osservare numerosi transiti di questo in modo da poter verificare che esista o meno una variazione nel periodo che intercorre tra transiti consecutivi e quindi una variazione dell'ora a cui avviene.
Ad oggi lo 0.51% si esopianeti confermati è stato scoperto con questo metodo. Su un totale di 5671 pianeti confermati, circa 30 sono stati così scoperti.