Scoprire esopianeti simili alla Terra, dotati di atmosfera e potenzialmente abitabili, è una delle sfide più ambiziose dell’astrofisica contemporanea. Un nuovo studio (Rif.) sostiene che, per raggiungere questo obiettivo, potrebbe essere necessario rivoluzionare il design dei telescopi spaziali. Non più specchi circolari, ma rettangolari.
Heidi Newberg, professoressa di astrofisica al Rensselaer Polytechnic Institute di New York, lo ha spiegato in un editoriale dedicato. “E’ possibile trovare pianeti simili alla Terra orbitanti attorno a stelle simili al Sole con un telescopio che ha più o meno le dimensioni del James Webb Space Telescope (JWST), che opera approssimativamente alle stesse lunghezze d’onda infrarosse del JWST, ma con uno specchio rettangolare di 1 per 20 metri invece di uno circolare con diametro di 6,5 metri”.
Questa proposta si inserisce nel quadro della Decadal Survey di astronomia e astrofisica delle National Academies. Il sondaggio individua come priorità assoluta la costruzione di un telescopio spaziale in grado di osservare pianeti di dimensioni terrestri nella zona abitabile di stelle simili al Sole. Finora le ipotesi hanno immaginato uno specchio quasi circolare con apertura minima di 8 metri. Tuttavia, secondo Newberg, c’è un’altra possibilità.
L’infrarosso a 10 micron
Per rilevare un pianeta con un’atmosfera ricca di vapore acqueo, il telescopio deve essere ottimizzato per osservare la luce con una lunghezza d’onda di 10 micron, ovvero dieci milionesimi di metro, circa lo spessore di un capello umano. Il JWST, grazie al suo strumento Mid-Infrared Instrument (MIRI), può osservare a questa lunghezza d’onda. Per questa ragione ha già individuato vapore acqueo nell’atmosfera di esopianeti massivi e caldi.
L’osservazione nell’infrarosso offre anche un vantaggio di contrasto. In luce visibile un pianeta appare un miliardo di volte più debole della sua stella, ma a 10 micron la differenza scende a solo un milione di volte. È ancora un’impresa estremamente difficile, ma rientra nel campo del possibile per una nuova generazione di telescopi. Lo specchio segmentato del JWST, con un diametro di 6,5 metri, resta però insufficiente per risolvere un pianeta simile alla Terra nella zona abitabile di una stella di tipo solare.
La risoluzione angolare di un telescopio, descritta dal criterio di Rayleigh, è determinata dal rapporto tra lunghezza d’onda e diametro dello specchio, moltiplicato per 1,22. Per distinguere un pianeta terrestre a 10 micron e a circa 30 anni luce servirebbe un’apertura di 20 metri. Ma un telescopio simile sarebbe proibitivo in termini di costi e logistica. Entrare nella carenatura di un razzo richiede l’essere piegato più volte, rendendo il progetto un vero incubo ingegneristico.
Un’alternativa sarebbe lanciare numerosi telescopi più piccoli e farli lavorare insieme in interferometria ottica, combinando i segnali per simulare un’unica apertura gigantesca. Tuttavia, questa soluzione richiederebbe un allineamento di precisione estrema, un obiettivo tecnologicamente complesso e finanziariamente molto oneroso, forse irrealizzabile con le capacità attuali.
Il concetto del telescopio rettangolare
La soluzione proposta da Newberg e colleghi è un telescopio con specchio rettangolare, più semplice e meno costoso. Le dimensioni ipotizzate sono 20 metri per 1 metro. Un design di questo tipo avrebbe un’area raccolta di 20 metri quadrati, inferiore a quella del JWST (25,4 metri quadrati). Tuttavia, l’efficienza sarebbe superiore perché tutta la superficie contribuirebbe direttamente all’osservazione del pianeta, senza spazi sprecati. Inoltre, il telescopio potrebbe essere ruotato per adattarsi all’orientamento del sistema planetario da osservare, garantendo così flessibilità e massima resa scientifica.
Nel raggio di 32,6 anni luce (10 parsec) ci sono 69 stelle simili al Sole, appartenenti alle classi spettrali K, G e F, e quasi 300 nane rosse di classe M. Tutte queste stelle rappresentano bersagli ideali per un telescopio rettangolare. “Se in media attorno a una stella simile al Sole orbita un pianeta di tipo terrestre, allora potremmo identificarne circa 30 di molto promettenti” ha sottolinea Newberg. Questa stima è molto significativa e con un solo strumento potremmo mappare i mondi più simili al nostro, nel vicinato cosmico ed in tempi relativamente brevi.
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