Rilevare fotograficamente gli esopianeti

Le curve di luce possono documentare i transiti dei pianeti extrasolari. Qui scopri come sia possibile.

La fotografia planetaria non necessariamente deve finire ai confini del Sistema Solare. Negli ultimi 20 anni la ricerca di mondi che ruotano attorno ad altre stelle ha portato alla scoperta di diverse migliaia di pianeti extrasolari. Alcuni di questi “esopianeti” sono relativamente facili da individuare fotograficamente anche con telescopi amatoriali di medie dimensioni.

Per chi è dilettante, il cosiddetto metodo del transito è ideale per individuare gli esopianeti: registrando con continuità la magnitudine di una stella tramite una camera adattata al telescopio, nel momento del transito dell’esopianeta l'analisi dei dati mostrerà una riduzione della luminosità dovuta proprio al passaggio del corpo celeste. Concluso il transito, la magnitudine torna ai livelli precedenti.

Spesso per rilevare fotograficamente gli esopianeti si può usare l’attrezzatura già a disposizione per la fotografia planetaria all'interno del nostro Sistema Solare. I telescopi Schmidt-Cassegrain con apertura da 200 a 400 mm si sono rivelati validi per questo scopo, perché si tratta di strumenti che di solito possono essere usati su una montatura a forcella, con tutti i vantaggi offerti da questo tipo di supporto: infatti, l’osservazione del transito di un esopianeta dovrebbe avvenire possibilmente quando la stella si trova nel punto più alto sopra l’orizzonte e può durare diverse ore. I telescopi montati in equatoriale richiedono di solito una inversione della montatura, il che comporta il riallineamento del telescopio, un eventuale riallineamento della fotocamera e il riavvio della guida. Si tratta di una interruzione che non solo è sgradevole, ma che comporta anche la perdita per alcuni minuti dei dati di registrazione durante il transito. I telescopi SC montati su montatura a forcella con testa equatoriale, invece, hanno il vantaggio di permettere l'osservazione del transito senza interruzioni.

L'apertura del telescopio influisce naturalmente sul numero di esopianeti osservabili: con i 200 mm di un'ottica SC classica, i transiti di esopianeti noti possono essere rilevati in modo efficace in stelle fino a magnitudine 12-14. Maggiore è la variazione di luminosità causata dal pianeta in transito, tanto più facile è individuarlo. I transiti davanti a stelle più deboli, invece, richiedono aperture più grandi. Il controllo dell'inseguimento (autoguida) della montatura durante il transito è essenziale per garantire che la stella osservata rimanga centrata nel sensore della camera CCD durante tutto il tempo di osservazione, che può durare diverse ore.

Meglio usare una camera CCD raffreddata. Per la dimensione del sensore è bene considerare che nel campo visivo, accanto alla stella soggetta al transito, dovrebbero poterci stare altre stelle di luminosità simile, che rappresenteranno un valido aiuto in un secondo momento, durante la valutazione delle immagini.

I transiti di esopianeti adatti a essere osservati dipendono non solo dal telescopio utilizzato, ma anche dal luogo di chi osserva e, naturalmente, molto dalla durata della notte: le lunghe notti invernali sono infatti più adatte a documentare un transito di diverse ore rispetto alle brevi notti estive, dove l'inizio o la fine dell’evento possono cadere al crepuscolo. Internet può aiutare a scegliere quale transito documentare: nel "Exoplanet Transit Database" gestito dagli astronomi cechi, alla voce di menu "Transit predictions" è possibile creare liste aggiornate quotidianamente di transiti di esopianeti noti per i giorni seguenti.

Quando si sceglie un transito da osservare, oltre alla luminosità della stella si deve tenere conto dell'oscuramento previsto. Per i principianti, l'ideale sono i transiti di esopianeti che causano un calo di luminosità di almeno 0,02 mag e che possono essere osservati con stelle fino a 10 mag. I transiti brevi semplificano inoltre l'osservazione, portano rapidamente a risultati visibili e quindi soddisfazione. Quando si sceglie un transito, bisogna anche verificare che l'inizio e la fine siano visibili sopra l'orizzonte: un transito allo zenit è di solito più facile e promettente rispetto a uno prossimo all'orizzonte.

Dopo averla individuata, posizionata al centro del sensore e aver avviato l'autoguida, la stella dell'esopianeta può essere fotografata in modo continuo. Si è rivelato utile mantenerla leggermente fuori fuoco, in modo che la luce sia distribuita su più pixel, e facendo attenzione che la saturazione massima dell'immagine sia circa il 70-75%, per ridurre l'influenza del rumore ed evitare di sovraesporre i pixel.

Per valutare i dati ottenuti sono disponibili diverse soluzioni software mature, molte delle quali originariamente sviluppate per il rilevamento di stelle variabili. Di seguito viene descritta l'elaborazione delle immagini con l'aiuto del programma "Muniwin".

Innanzitutto, le immagini devono essere allineate per compensare la mancanza di precisione nell’inseguimento. Per l'elaborazione fotometrica è necessario marcare non solo la stella madre dell'esopianeta, ma anche una stella di confronto, il più luminosa possibile, e una o più stelle di controllo, che vengono utilizzate dal software per calcolare l'andamento della luminosità. Le fluttuazioni di luminosità riscontrate nelle immagini vengono quindi riportate in una curva grafica che mostra la progressione della luminosità.

Dopo aver creato un nuovo progetto per la creazione di una curva di luce, le immagini della serie di esposizioni si possono importare in Muniwin. L'importazione aggiuntiva di immagini flatfield e dark consente poi la correzione automatica di tutte le immagini raw della serie. Dopo aver selezionato la stella madre e le stelle di confronto o di controllo, si può avviare la valutazione fotometrica delle immagini. Muniwin calcola non solo l'andamento della luminosità della stella soggetta al transito rispetto a una di confronto, ma anche le differenze di luminosità tra tutte le stelle contrassegnate (stella di transito, stella di confronto e stelle di controllo). Il vantaggio è che in questo modo si ottiene molto rapidamente una panoramica della qualità delle immagini e delle stelle di confronto selezionate, dato che le differenze di luminosità tra le stelle di controllo dovrebbero dare una linea retta (e non curva), che indica un’assenza di variazioni durante la sequenza delle esposizioni.

Il salvataggio classico dell'immagine finale e la regolazione del contrasto e della gamma tonale, consueta nelle foto astronomiche, qui non sono necessari, poiché il risultato essenziale di Muniwin dopo l'analisi dei dati è un file di testo a prima vista poco appariscente che riporta il risultato delle analisi.

I dati di analisi del transito di un esopianeta possono essere messi a disposizione del "Exoplanet Transit Database" per aiutare a calcolare con maggiore precisione i periodi orbitali dell’oggetto osservato. Inoltre, viene creata una raccolta di osservazioni, che mostra anche quali prestazioni sono possibili con quali attrezzature. Una volta caricati i risultati delle analisi, questi vengono controllati dagli astronomi dell'Exoplanet Transit Database, i quali creano un grafico che mostra chiaramente il percorso del transito documentato dell'esopianeta.

La rilevazione dei pianeti extrasolari è certamente un settore ancora di frontiera dell'astronomia amatoriale: tuttavia, molti astrofili dispongono già dell'attrezzatura necessaria. Si tratta di un ambito in cui chi osserva a livello amatoriale può contribuire alla ricerca: anche se la scoperta di nuovi esopianeti sta diventando sempre più difficile, gli astrofili possono contribuire misurando dati di esopianeti conosciuti, per comprenderli meglio in futuro ed essere in grado di prevedere i transiti.

Autore: Ullrich Dittler / Su gentile concessione di: Oculum-Verlag GmbH