Il metodo della micro-lente nella ricerca di esopianeti. Come funziona?
Nella panoramica dei metodi utilizzati nella ricerca di esopianeti, dopo aver presentato il metodo dei transiti e il metodo delle velocità radiali, scopriamo insieme il metodo della micro-lente gravitazionale. Questo si colloca al terzo posto per efficienza di scoperta.
Cresce il numero di esopianeti scoperti e confermati. Se ad inizio settembre era stata raggiunta quota 5500, oggi, ad appena un mese di distanza, siamo saliti a 5523 (più altri 9899 candidati ancora da confermare). Di questi il 74.6% è stato scoperto con il metodo dei transiti, il 19.3% con il metodo delle velocità radiali. Al terzo posto, con il 3.7% si posiziona il metodo della micro-lente gravitazionale (detto “microlensing” in inglese).
Cosa sono le lenti gravitazionali
Una delle proprietà fondamentali della massa è la capacità di attrarre a sé altri corpi. La forza con cui si realizza questa attrazione è chiamata forza di gravità. Nella vita quotidiana, è la Terra che la fa da padrona attraendo tutto a sé, ma anche la testa di uno spillo esercita la propria attrazione gravitazionale, piccola ma diversa da zero.
La massa, sempre per mezzo della forza di gravità, non solo attrae altri corpi, riesce anche a deformare lo spazio circostante. Tuttavia, perché questa deformazione possa essere rilevata serve una massa molto grande, grande quanto ad esempio quella di un pianeta, o ancora meglio di una stella.
Questa proprietà della massa venne descritta da Einstein nell’opera La Relatività Generale, pubblicata nel 1916.
Nell’immagine di sotto, viene proposta una rappresentazione intuitiva della deformazione dello spazio prodotta, ad esempio, dalla massa del Sole. I raggi luminosi di una stella lontana, quando attraversano questa regione di spazio deformata, invece di proseguire rettilinei, vengono deviati. Come conseguenza, l’osservatore a Terra riceve l’immagine della stella, anche se questa è fisicamente nascosta dietro il Sole, vedendola come se fosse in altra posizione.
La deformazione dello spazio produce non solo una deviazione del percorso dei raggi luminosi, ma ne amplifica sia l’intensità sia le dimensioni. Quindi, l’immagine che giunge a Terra risulta più intensa in luminosità e di dimensioni apparenti maggiori. In altre parole, la massa, deformando lo spazio, si è comportata come una lente di ingrandimento.
Proprio per questo motivo, masse stellari che producono questo effetto vengono chiamate lenti gravitazionali.
Il fenomeno della lente gravitazionale viene frequentemente osservato dagli astronomi. Questo, a seconda delle diverse proprietà fisiche e geometriche, produce immagini simili a croci - le croci di Einstein - o simili ad anelli - gli anelli di Einstein (come quella riportata nella foto di copertina).
Per un approfondimento rimandiamo al seguente articolo su Meteored.
Come funziona il metodo della micro-lente
In caso di masse piccole, quali quelle di stelle o pianeti, essendo l’effetto più piccolo si parla di micro-lente gravitazionale.
Le micro-lenti vengono sfruttate come tecnica per la ricerca di esopianeti lontani che altrimenti non sarebbero osservabili con altri metodi.
Supponiamo di osservare una stella lontana (chiamiamola A) e supponiamo che davanti a questa stella passi un’altra stella (chiamiamola B) con un suo esopianeta. Sia la stella B che l’esopianeta, a motivo della loro massa, deformano lo spazio circostante. Può succedere che i raggi della stella A, attraversando lo spazio deformato dalla stella B e lo spazio deformato dall’esopianeta vengano deviati ed intensificati. Ciò che si osserva è allora un graduale aumento di luminosità della stella A dovuto al passaggio della stella B, cui si sovrappone un’ulteriore aumento rapido e meno intenso dovuto al passaggio dell’esopianeta. Una volta passati B col suo esopianeta, la luminosità di A diminuisce e torna al suo valore iniziale.
Il grafico di sopra mostra un tipico esempio di microlente. Il passaggio di una stella davanti ad una più lontana ne produce un aumento di luminosità, che può durare intorno al mese. Se però la stella che transita possiede un esopianeta, anche quest’ultimo dà un suo piccolo contributo che si manifesta come un rapido picco della durata di poche ore.
La ricerca di esopianeti con il metodo della microlente gravitazionale consiste nell'analizzare queste variazioni di luminosità di stelle lontane e cercare se sovrapposte a queste variazioni ci siano questi piccoli picchi.
La scoperta di questi piccoli picchi di luminosità sovrapposti ad una variazione più grande, dovute al fenomeno della micro-lente, permettono di dedurre la presenza di un esopianeta e di ricavarne le proprietà fisiche.