Un mondo fioco accanto a una stella con effetto di mascheramento

Un esopianeta è un pianeta che orbita intorno a una stella diversa dal Sole. La stella più vicina oltre il Sole, Proxima Centauri, si trova a circa 4,24 anni luce, quindi ogni esopianeta è molto più lontano di qualsiasi luogo visitato da una sonda spaziale. Tutto ciò che sappiamo su di loro proviene dalla luce che ha viaggiato per anni.

Perché non fotografarli semplicemente? Un pianeta non produce una quantità significativa di luce propria nei colori visibili. Brilla solo riflettendo la luce della sua stella e ne riflette solo una piccolissima frazione.

Una stima approssimativa del contrasto (luminosità del pianeta divisa per la luminosità della stella) è

contrast ≈ (Rp / 2a)² × albedo

dove Rp è il raggio del pianeta, a è la sua distanza dalla stella e l'albedo è la frazione di luce che riflette. Per un pianeta simile alla Terra a 1 AU intorno a una stella simile al Sole, il risultato è circa 10⁻¹⁰: la stella è circa dieci miliardi di volte più luminosa del pianeta. Per Giove a 5,2 AU è circa 10⁻⁹, cioè un miliardo di volte. Questo vale solo per la luce visibile riflessa.

Il pianeta è anche molto vicino alla sua stella nel cielo. A una distanza di 1 parsec (3,26 anni luce), 1 AU appare come 1 secondo d'arco, quindi l'angolo in secondi d'arco è θ = a (in AU) ÷ d (in parsec). Da 10 parsec, un'orbita simile a quella terrestre a 1 AU misura solo 0,1 secondo d'arco. L'orbita di Giove vista da 30 anni luce (9,2 parsec) ha un raggio di 5,2 ÷ 9,2 ≈ 0,57 secondi d'arco. Un bagliore dieci miliardi di volte più luminoso del pianeta, a 0,1 secondo d'arco di distanza, è molto difficile da superare con lo sguardo.

Due cose rendono il lavoro più facile. Primo, i pianeti giovani, caldi, giganti e lontani dalla loro stella brillano grazie al proprio calore, soprattutto nell’infrarosso, quindi il loro contrasto è molto migliore di 10⁻⁹. I quattro giganti del sistema HR 8799, osservati per immagini nel 2008 e negli anni successivi, sono l’esempio classico. Secondo, un coronografo è una piccola maschera all’interno di un telescopio che blocca la luce della stella prima che raggiunga il rivelatore. Uno schermo stellare segue la stessa idea nello spazio: un grande schermo che vola molto lontano davanti al telescopio. Una maschera troppo grande nasconde anche il pianeta, quindi il pianeta deve essere abbastanza lontano dalla stella da trovarsi al di fuori della maschera.