ESPRESSO

Spettrografo ESPRESSO in un abbozzo progettuale preliminare.
Componente ottica di ESPRESSO in un abbozzo preliminare

ESPRESSO (Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations), spettrografo Echelle per esopianeti rocciosi ed osservazioni stabili[1] è uno spettrografo di tipo Echelle a dispersione incrociata e connesso mediante fibra ottica installato al Very Large Telescope (VLT) dell'Osservatorio europeo australe. È il successore di una linea di spettrometri echelle (CORAVEL, Elodie, Coralie, HARPS). Con la sua elevata precisione spettroscopica ESPRESSO rileva pianeti di massa terrestre nella zona abitabile di stelle della stessa tipologia del sole: la massa della Terra, durante il suo moto orbitale causa una leggera variazione di velocità radiale del Sole di 9 centimetri al secondo; la precisione fornita da ESPRESSO è di 10 cm/sec, precisione di poco inferiore alla caratterizzazione di un sistema orbitante Terra - Sole. Questa oscillazione gravitazionale provoca variazioni minime nel colore della luce solare, invisibili all'occhio umano ma rilevabili dallo strumento.[2] La luce catturata dal telescopio è inviata allo strumento tramite un sistema a fibra ottica di tipo Coude-train.

Sensibilità

ESPRESSO è costruito utilizzando la stessa tecnologia alla base di HARPS, montato sul telescopio di 3.6 metri di La Silla dell'ESO. ESPRESSO beneficia della capacità di raccolta combinata della luce dei quattro telescopi VLT da 8,2 metri ed anche del miglioramento della stabilità e della precisione di taratura oggi possibili, come la tecnologia del pettine di frequenza laser. Lo scopo è quello di raggiungere una misurazione della variazione della velocità radiale vicino ai 10 cm/s, con l'obiettivo di affinare tali misurazioni sino a pochi cm/s, superiore alle possibilità dello strumento HARPS che può raggiungere una precisione di 97 cm/s (3,5 km/h),[3] con una precisione attuale di 30 cm/s[4].

Lo strumento è in grado di funzionare in modalità 1-UT (one Unit Telescope) e in modalità a 4 UT. In modalità 4-UT, in cui tutti i quattro telescopi da 8 metri sono collegati incoerentemente per formare un telescopio equivalente a 16 m, lo spettrografo raggiungerà oggetti estremamente deboli.[5][6]

Ad esempio, per stelle di tipo G2V (nane gialle), potranno essere caratterizzate le masse di:

  • pianeti rocciosi intorno a stelle deboli con V(luminosità) ~ 9 (in modalità 1-UT)
  • pianeti di massa Nettuniana intorno a stelle deboli con V ~ 12 (in modalità 4-UT)
  • pianeti simili alla Terra intorno a stelle deboli con V ~ 9 (CODEX sul E-ELT ) (2025)[7]

ESPRESSO concentra le osservazioni sui candidati più adatti: stelle fisse, non rotanti, nane gialle e brune. Al massimo della propria efficienza potrà osservare stelle di classe spettrale sino a M4.

La fase di progettazione è completa ed a luglio 2017 è in fase di assemblaggio. La prima luce in laboratorio di ESPRESSO è avvenuta il 3 giugno il 2016.[8] L'acquisizione del primo spetto della luce combinata dei quattro telescopi del VLT (prima luce) è stata effettuata il 27 novembre 2017.[9]

Strumento

Per la calibrazione di ESPRESSO viene usato un pettine di frequenza laser (LFC) usando come backup due lampade ThAr (Argon/Torio). Avrà tre modalità strumentali: singleHR (High Resolution), singleUHR (Ultra High Resolution) e multiMR (Medium Resolution). Nella modalità singleHR ESPRESSO può essere alimentato da una delle quattro UTs.[10]

Rendering dello strumento ESPRESSO[11]

Obiettivi scientifici

I principali obiettivi scientifici di ESPRESSO sono:

  • La misurazione della velocità radiali delle stelle di tipo solare per la ricerca di pianeti rocciosi.
  • La misurazione della variazione delle costanti fisiche esistenti in natura mediante rilevazioni in tempi diversi e da direzioni diverse studiando la luce di quasar molto distanti.
  • L'analisi della composizione chimica delle stelle nelle galassie vicine.

Consorzio

ESPRESSO è stato sviluppato da un consorzio costituito da ESO e altri istituti scientifici:

Tabelle comparative delle velocità radiali

Massa planetaria Distanza

AU

Velocità radiale

( v radiale )

Nota
Giove 1 28,4 m/s
Giove 5 12,7 m/s
Nettuno 0,1 4,8 m/s
Nettuno 1 1,5 m/s
Super-Terra (5 M⊕) 0,1 1,4 m/s
Alfa Centauri Bb (1,13 ± 0,09 M⊕) 0,04 0,51 m/s (1[12])
Super-Terra (5 M⊕) 1 0,45 m/s
Terra 0,04109589 0,30 m/s
Terra 1 0,09 m/s
Fonte : Luca Pasquini, presentazioni power-point, 2009[13] Note(1) : La misurazione della v radiale più accurata mai registrata. Utilizzato lo spettrografo HARPS di ESO.[14][15]
pianeti
Pianeta Tipo pianeta Semiasse maggiore

( AU )

Periodo orbitale
Velocità radiale

(m / s)

Rilevabile con:
51 Pegasi b gioviano caldo 0,05 4,23 giorni 55,9[16] spettrografo di prima generazione
55 Cancri d gigante gassoso 5,77 14,29 anni 45,2[17] spettrografo di prima generazione
Giove gigante gassoso 5,20 11,86 anni 12,4[18] spettrografo di prima generazione
Gliese 581 C super-terra 0,07 12,92 giorni 3,18[19] spettrografo di seconda generazione
Saturno gigante gassoso 9,58 29,46 anni 2,75 spettrografo di seconda generazione
Alpha Centauri Bb pianeta terrestre 0,04 3,23 giorni 0,510[20] spettrografo di seconda generazione
Nettuno gigante di ghiaccio 30,10 164,79 anni 0,281 spettrografo di terza generazione
Terra pianeta abitabile 1,00 365,26 giorni 0,089 spettrografo di terza generazione (probabile)
Plutone pianeta nano 39,26 246,04 anni 0,00003 non rilevabile

Stelle di tipo M e K con pianeti nella zona abitabile

Massa stellare

( M ☉)

Massa planetari

( M ⊕)

Lum.

(L 0 )

Tipo RHAB

( AU )

RV

(cm/s)

Periodo

(giorni)

0,10 1,0 8,0×10−4 M8 0,028 168 6
0,21 1,0 7,9×10−3 M5 0,089 65 21
0,47 1,0 6,3×10−2 M0 0,25 26 67
0,65 1,0 1,6×10−1 K5 0,40 18 115
0,78 2,0 4,0×10−1 K0 0,63 25 209
fonte:[21]

Ricerca e risultati scientifici

  • HD 22496 b è stato il primo esopianeta scoperto dallo strumento. Orbitante intorno ad una stella nana di classe K (HD 22496) di magnitudine 8.9 e distante 13.6 parsec (44 anni luce) il pianeta consisterebbe in una super terra con masse 5 volte quella terrestre e un periodo orbitale di 5.09 giorni.[22]
  • Espresso nel 2022 ha confermato l'esistenza di esopianeti di tipo super-Mercurio, un tipo di pianeta strutturalmente denso con dimensioni inferiori a quelle terrestri e massa maggiore[23]. I primi due pianeti di questa categoria sono stati osservati nel sistema HD 23472, distante 127 al dalla terra.[24]I due pianeti più interni hanno le semi-ampiezze di velocità radiale più piccole rilevate alla data della scoperta.

Note

  1. ^ ESO - Espresso, su eso.org. URL consultato il 24 ottobre 2012.
  2. ^ ESPRESSO - Searching for other Worlds, su espresso.astro.up.pt, Centro de Astrofísica da Universidade do Porto, 16 ottobre 2010. URL consultato il 16 ottobre 2010 (archiviato dall'url originale il 17 ottobre 2010).
  3. ^ 32 planets discovered outside solar system - CNN.com, in CNN, 19 ottobre 2009. URL consultato il 4 maggio 2010.
  4. ^ ESPRESSO – Searching for other Worlds, su espresso.astro.up.pt, Centro de Astrofísica da Universidade do Porto, 16 dicembre 2009. URL consultato il 16 ottobre 2010 (archiviato dall'url originale il 17 ottobre 2010).
  5. ^ ESPRESSO: the Echelle spectrograph for rocky exoplanets and stable spectroscopic observations, su adsabs.harvard.edu, American Institute of Physics, luglio 2010. URL consultato il 12 marzo 2013.
  6. ^ ESPRESSO: the Echelle spectrograph for rocky exoplanets and stable spectroscopic observations (PDF), su eso.org, ESO, luglio 2010. URL consultato il 12 marzo 2013.
  7. ^ ESPRESSO and CODEX the next generation of RV planet hunters at ESO (PPT), su 202.127.29.4, Accademia cinese delle scienze, 16 ottobre 2010. URL consultato il 16 ottobre 2010 (archiviato dall'url originale il 4 luglio 2011).
  8. ^ ESPRESSO first laboratory light, su obswww.unige.ch, Université de Genève, 4 giugno 2016. URL consultato il 7 ottobre 2017 (archiviato dall'url originale il 2 agosto 2017).
  9. ^ media.inaf.it (a cura di), Esopianeti, un Espresso vi stanerà, su media.inaf.it, 6 dicembre 2017.
  10. ^ https://arxiv.org/abs/1401.5918 ESPRESSO: Il prossimo cacciatore di pianeti extrasolari europea
  11. ^ ESO Awards Contracts for Cameras for New Planet Finder, in ESO Announcement. URL consultato l'8 agosto 2013.
  12. ^ Planet Found in Nearest Star System to Earth, su eso.org, European Southern Observatory, 16 ottobre 2012. URL consultato il 17 ottobre 2012.
  13. ^ L.Pasquini, [https://web.archive.org/web/20110704072701/http://202.127.29.4/bdep_meeting/download/talks/20July/10-LPasquini.ppt ESPRESSO and CODEX �the next generation of �RV planet hunters at ESO] (PPT), 20 luglio 2009 (archiviato dall'url originale il 4 luglio 2011).
  14. ^ Demory, Brice-Olivier; Ehrenreich, David; Queloz, Didier; Seager, Sara; Gilliland, Ronald; Chaplin, William J.; Proffitt, Charles; Gillon, Michael; Guenther, Maximilian N.; Benneke, Bjoern; Dumusque, Xavier; Lovis, Christophe; Pepe, Francesco; Segransan, Damien; Triaud, Amaury; Udry, Stephane, Hubble Space Telescope search for the transit of the Earth-mass exoplanet Alpha Centauri Bb, in arXiv.org, 21 marzo 2015.
  15. ^ Trovato un pianeta nel sistema stellare più vicino alla Terra, su eso.org.
  16. ^ 51 Peg b, su exoplanets.org, Exoplanets Data Explorer.
  17. ^ 55 Cnc d, su exoplanets.org, Exoplanets Data Explorer.
  18. ^ Michael Endl, The Doppler Method, or Radial Velocity Detection of Planets (PPT) [collegamento interrotto], su austral.as.utexas.edu, University of Texas at Austin. URL consultato il 26 ottobre 2012.
  19. ^ GJ 581 c, su exoplanets.org, Exoplanets Data Explorer.
  20. ^ alpha Cen B b, su exoplanets.org, Exoplanets Data Explorer.
  21. ^ An NIR laser frequency comb for high precision Doppler planet surveys [collegamento interrotto], su 202.127.29.4, Accademia cinese delle scienze, 16 ottobre 2010. URL consultato il 16 ottobre 2010.
  22. ^ (EN) Lillo-Box, J. ; Faria, J. P. et al., HD22496b: the first ESPRESSO standalone planet discovery, settembre 2021, Bibcode:2021arXiv210900226L.
  23. ^ Congresso Europeo di Scienze Planetarie (a cura di), Unveiling the characteristics of a potential super-Mercury exoplanet family (PDF), su meetingorganizer.copernicus.org, settembre 2019.
  24. ^ media.inaf (a cura di), Due super-Mercurio e tre super-Terre per una stella, su media.inaf.it, 3 ottobre 2022.

Voci correlate

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