Cheops entra in azione e trova il suo primo esopianeta!

Cheops, la nuova missione dell’ESA per lo studio degli esopianeti, ha completato con successo i suoi quasi tre mesi di messa in servizio in orbita, superando le aspettative delle sue prestazioni. Il satellite, che comincerà le operazioni scientifiche di routine entro fine aprile, ha già ottenuto promettenti osservazioni di stelle note per ospitare esopianeti, con molte entusiasmanti scoperte in arrivo.

«La fase di messa in servizio in orbita è stato un periodo entusiasmante, e siamo lieti di essere riusciti a soddisfare tutte le richieste», commenta Nicola Rando, responsabile di progetto di Cheops all’ESA. «La piattaforma del satellite e gli strumenti si sono comportati egregiamente, e sia il centro missione che il centro operazioni scientifiche hanno supportato impeccabilmente le operazioni».

Lanciato a dicembre 2019, Cheops – Characterising Exoplanet Satellite (satellite per la caratterizzazione degli esopianeti) – ha aperto gli occhi sull’universo alla fine di gennaio e poco dopo ha scattato le prime immagini di stelle, volutamente sfocate. La deliberata non messa a fuoco è il cuore della strategia di osservazione della missione, che migliora la precisione delle misurazioni diffondendo su molti pixel del suo rilevatore la luce proveniente da stelle lontane. E la precisione è l’elemento chiave nella ricerca di esopianeti oggi. Più di 4.000 pianeti – e in aumento – sono noti per orbitare stelle che non sono il Sole. Un proseguimento chiave è di cominciare a caratterizzare questi pianeti, fornendo informazioni sulla loro struttura, formazione ed evoluzione.

Adottare le misure necessarie per caratterizzare gli esopianeti attraverso la precisa misurazione delle loro dimensioni – in particolare quelle dei pianeti più piccoli – è esattamente la missione di Cheops. Prima di essere dichiarato pronto per questo compito, tuttavia, il piccolo satellite di 1,5 metri ha dovuto superare numerosi test. Con la prima serie dei test in volo, eseguiti tra gennaio e febbraio, gli esperti della missione hanno iniziato ad analizzare la risposta del satellite, in particolare del telescopio e del rilevatore, nell’ambiente spaziale vero e proprio. Procedendo verso marzo, Cheops si è concentrato sulle stelle già studiate. «Per misurare quanto le prestazioni di Cheops siano corrette, dovevamo prima osservare stelle le cui proprietà sono ben note, stelle che si comportano bene – scelte attentamente per essere molto stabili, senza segni di attività», commenta Kate Isaak, scienziato di progetto di Cheops all’ESA. Questo approccio ha permesso ai team all’ESA, al consorzio di missione e ad Airbus Spain – il contraente principale – di verificare che il satellite fosse preciso e stabile quanto necessario per raggiungere i suoi ambiziosi obiettivi. «Il puntamento è estremamente stabile: questo significa che mentre il telescopio osserva una stella per ore mentre il satellite si muove lungo la sua orbita, l’immagine della stessa rimane sempre all’interno dello stesso gruppo di pixel del rilevatore», spiega Carlos Corral van Damme, Primo Ingegnere di Sistema dell’ESA per Cheops. «Una così grande stabilità è una combinazione delle eccellenti prestazioni dell’attrezzatura e degli algoritmi di puntamento su misura, e sarà di particolare importanza per raggiungere gli obiettivi scientifici della missione. La stabilità termica del telescopio e del rilevatore si è rivelata inoltre persino migliore di quanto necessario», aggiunge. Il periodo di messa in servizio ha dimostrato che Cheops raggiunge la precisione fotometrica richiesta e, soprattutto, ha anche dimostrato che il satellite può essere comandato dalle squadre del segmento di terra come è necessario per eseguire le sue osservazioni scientifiche. «Siamo rimasti elettrizzati quando abbiamo realizzato che tutti i sistemi funzionavano come previsto o addirittura meglio del previsto», dice lo Scienziato dello Strumento di Cheops Andrea Fortier, che ha guidato il gruppo di messa in servizio del consorzio per l’Università di Berna, Svizzera.

Tempo di esopianeti

Nelle ultime due settimane della messa in servizio in orbita, Cheops ha osservato due stelle che ospitano esopianeti mentre i pianeti “transitavano” davanti alla loro stella ospite bloccando una frazione della sua luce. Osservare i transiti di esopianeti conosciuti è ciò per cui la missione è stata costruita – per misurare le dimensioni del pianeta con una precisione e un’esattezza senza precedenti, e per determinare la loro densità combinando questa con misurazioni indipendenti della loro massa.

Uno degli obiettivi era HD 93396, una stella gialla subgigante situata a 320 anni luce di distanza, leggermente più fredda e tre volte più grande del Sole. L’obiettivo principale delle osservazioni era KELT-11b, un gonfio pianeta gassoso circa il 30% più grande di Giove, in un’orbita che è molto più vicina alla stella di quanto Mercurio lo sia al Sole. La curva della luce di questa stella ha mostrato un chiaro calo causato dal transito di otto ore di KELT-11b. Da questi dati, gli scienziati hanno determinato con precisione il diametro del pianeta: 181,600km – con un’incertezza appena inferiore a 4.300 km!

Le misurazioni effettuate da Cheops sono infatti cinque volte più accurate di quelle da Terra. «Questo ci dà un assaggio di ciò che possiamo ottenere con Cheops nei mesi e negli anni a venire», spiega Willy Benz, Ricercatore Principale del consorzio della missione Cheops e professore di astrofisica all’Università di Berna.

Una revisione formale delle prestazioni del satellite e delle operazioni del segmento di terra si è tenuta il 25 marzo, e Cheops l’ha superata brillantemente. Con questo, ESA ha affidato la responsabilità della gestione della missione al consorzio guidato da Willy Benz. Fortunatamente, le attività di messa in servizio non sono state troppo influenzate dalla conseguente emergenza causata dalla pandemia di Coronavirus, che ha avuto come risultato misure di distanziamento sociale e restrizioni agli spostamenti in Europa per prevenire la diffusione del virus.

«Il segmento di terra ha lavorato fluidamente sin dall’inizio, cosa che ci ha permesso di automatizzare completamente la maggior parte delle operazioni per comandare il satellite e per trasmettere a terra i dati già nelle prime settimane dopo il lancio», spiega Carlos Corral van Damme. «Quando la crisi si è manifestata, a marzo, con le nuove norme e regolamenti che ne sono derivati, i sistemi automatizzati hanno significato che l’impatto sulla missione fosse minimo».

Attualmente Cheops è in fase di transizione verso le operazioni scientifiche di routine, che sono previste cominciare entro la fine di aprile. Gli scienziati hanno cominciato a osservare alcuni degli obiettivi scientifici iniziali – una selezione di stelle e sistemi planetari scelti per mostrare esempi di ciò che la missione può raggiungere: questi includono un pianeta “super-Terra caldo” noto come 55 Cancri e, che è ricoperto da un oceano di lava; nonché il “caldo Nettuno” GJ 436b, che sta perdendo la sua atmosfera a causa del bagliore accecante proveniente dalla sua stella ospite. Un’altra stella nella lista delle prossime osservazioni di Cheops è una nana bianca, il primo obiettivo del Programma Guest Observers dell’ESA, che offre agli scienziati del consorzio di missione l’opportunità di utilizzare e sfruttare le sue capacità di osservazione.

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