Migliorare le effemeridi degli esopianeti sfruttando i dati scientifici dei professionisti e dei cittadini: un caso di Citizen Science con WASP-77 A b

Grazie all’aumento della capacità di trasferimento dati delle nostre reti, la Citizen Science è oramai da diversi anni uno strumento solido e confermato per assistere ed aiutare la ricerca professionale. Un intervento che si dimostra deciso soprattutto quando ogni indagine richiede di miscelare molti dati raccolti da più fonti.

L’articolo, suggerito alla redazione da Nicoletta Iannascoli, coautrice dello studio, illustra come con il giusto impegno sia oggi possibile contribuire alla ricerca mondiale addirittura facilitando il lavoro del colossale James Webb Space Telescope JWST.

Lo studio aiuta a definire meglio i parametri dell’esopianeta WASP-77A b così da facilitare e ottimizzare in termini di precisione le osservazioni future.

Complimenti dalla Redazione di COELUM a tutti i coautori dell’articolo per l’ottimo risultato e l’espressione di grande professionalità!

Abstract

Presentiamo le effemeridi aggiornate e i parametri fisici per l’esopianeta WASP-77A b combinando 64 osservazioni di transito da terra e dallo spazio, 6 osservazioni di eclissi dallo spazio e 32 osservazioni di velocità radiale così da produrre la soluzione orbitale più precisa per questo target fino ad oggi raggiunta. Una simile ottimizzazione aiuterà la pianificazione del James Webb Space Telescope (JWST) e le osservazioni di Ariel negli studi atmosferici.

In risultato dei nuovi calcoli emerge:

• un nuovo periodo orbitale pari a 1.360029395±5.7×10^-8 giorni,
• un nuovo tempo di transito intermedio di2459957.337860±4.3×10^-5 BJDTDB (data giuliana baricentrica nella scala temporale dinamica baricentrica; Eastman et al. (2010) )
• un nuovo tempo di metà eclissi di2459956.658192±6.7×10^-5 BJDTDB.

I metodi utilizzati inoltre contribuiscono a ridurre le incertezze sulla massa del pianeta di 1.6654±4.5×10^-3_{𝑀𝐽⁢⁢𝑃}⁢ e periodo orbitale 1.360029395±5.7×10^-8 giorni rispettivamente per fattori pari a 15,1 e 10,9.

Attraverso un confronto congiunto dell’analisi di adattamento dei dati di transito presi da iniziative spaziali e guidate dalla ricerca amatoriale, il nostro studio dimostra il potere di includere i dati raccolti dagli cittadini rispetto all’adattamento dei soli dati spaziali. Inoltre, includendo una vasta gamma di dati di citizen science provenienti da ExoClock, Exoplanet Transit Database (ETD) e Exoplanet Watch, è possibile aumentare la base di osservazioni e quindi migliorare costantemente il calcolo delle effemeridi rispetto a ciò che sarebbe ottenibile con i soli dati TESS.

Determinare correttamente le effemeridi di transito di un pianeta è essenziale per la pianificazione efficiente delle osservazioni di follow-up (Zellem et al.,2020) con telescopi come il telescopio spaziale James Webb (JWST), il telescopio spaziale Hubble (HST) o l’imminente missione Ariel, il cui lancio è previsto per il 2029, e che osserverà le atmosfere di 1.000 esopianeti.

Effemeridi accurate aiutano a garantire che questi telescopi spaziali altamente competitivi siano utilizzati nel modo più efficiente possibile per massimizzare la loro produzione scientifica contribuendo a ridurre le spese generali.

I tempi medi di transito precisi dell’esopianeta, per cui un pianeta passa direttamente davanti alla sua stella ospite, sono cruciali per caratterizzare l’atmosfera di un esopianeta attraverso la spettroscopia di trasmissione.

A causa delle incertezze delle effemeridi, i buffer del tempo di osservazione devono essere inclusi prima e dopo il tempo di transito intermedio previsto per garantire che l’intero transito venga catturato oltre alle misurazioni di base pre e post transito del solo flusso della stella ospite. Man mano che un pianeta completa orbite aggiuntive attorno alla sua stella ospite, le incertezze sul suo tempo di transito intermedio aumentano, creando la necessità di ripetute osservazioni di follow-up e nuove analisi.

Poiché il numero di esopianeti e candidati esopianeti confermati continua ad aumentare, le previsioni dicono che supereranno i 10.000 esemplari solo dalla missione TESS della NASA, ci sarà una forte domanda di effemeridi aggiornate sugli esopianeti per consentire analisi ottimizzate.

Studi precedenti hanno dimostrato che è possibile aggiornare con successo il tempo di transito medio di un esopianeta attraverso collaborazioni con professionisti e “scienziati cittadini” che utilizzano piccoli telescopi terrestri.

Fra gli esempi quello degli studenti iscritti a un corso di ricerca completamente online presso l’Arizona State University che hanno acquisito osservazioni del pianeta WASP-104 b effettuate con un telescopio robotico da 6 pollici a terra. Gli studenti sono stati in grado di migliorare l’incertezza sul tempo di transito intermedio per questo particolare obiettivo del 2,7% rispetto alla pubblicazione più recente. Sforzi come questi gettano le basi per continue collaborazioni scientifiche tra professionisti e cittadini che possono aiutare con il mantenimento delle effemeridi degli esopianeti.

Insieme al tempo di transito medio di un pianeta, anche il tempo di metà eclissi è un parametro cruciale per gli astronomi che caratterizzano le atmosfere esoplanetarie.

Durante l’eclissi, il pianeta passa dietro la stella che così ne blocca temporaneamente la luce riflessa e l’emissione termica. Le eclissi, quando il pianeta passa dietro la sua stella ospite, consentono agli astronomi di misurare la luce riflessa e l’emissione termica di un pianeta. Determinare il tempo di metà eclissi di un pianeta quando un’eclissi ancora non è stata osservata in precedenza, richiede non solo di conoscere bene il suo tempo di transito medio, ma anche di sapere qual è l’eccentricità della sua orbita e quanto passa al periastro, parametri che possono essere dedotti dalle misurazioni della velocità radiale. Pertanto, l’inclusione dei dati di velocità radiale nell’analisi migliora significativamente la precisione nella previsione del transito e dei tempi dell’eclissi, e l’orbita del pianeta per la pianificazione delle osservazioni JWST e Ariel.

In questo sforzo, utilizziamo WASP-77 A b per dimostrare la potenza della combinazione di un’ampia gamma di dati fotometrici di transito ed eclissi (raccolti sia da scienziati cittadini che da telescopi spaziali) con dati di archivio sulla velocità radiale per acquisire parametri orbitali e planetari precisi. WASP-77 A b, un Giove caldo in orbita attorno a una stella di tipo spettrale G8 V con V-mag = 10,294 ± 0,007.

Autori: Federico R. Noguer, Suber Corley, Kyle A. Pearson, Robert T. Zellem, Molly N. Simon, Jennifer A. Burt, Isabela Huckabee, Prune C. August, Megan Weiner-Mansfield, Paul A. Dalba, Timothy Banks, Ira Bell, Dominique Daniel, Lindsay Dawson, Jesús De Mula, Marc Deldem, Dimitrios Deligeorgopoulos, Romina P. Di Sisto, Roger Dymock, Phil Evans, Giulio Follero, Martin J. F. Fowler, Eduardo Fernández-Lajús, Alex Hamrick, Nicoletta Iannascoli, Andre O. Kovacs, Denis Henrique Kulh, Claudio Lopresti, Antonio Marino, Bryan E. Martin, Paolo Arcangelo Matassa, Tasso Augusto Napoleão, Alessandro Nastasi, Anthony Norris, Alessandro Odasso, Nikolaos I. Paschalis, Pavel Pintr, Jake Postiglione, Justus Randolph, François Regembal, Lionel Rousselot, Sergio José Gonçalves da Silva, Andrew Smith, Andrea Tomacelli