La cupola del telescopio Blanco presso l'Osservatorio interamericano di Cerro Tololo in Cile, dove è stata ospitata la Dark Energy Camera utilizzata per il Dark Energy Survey recentemente completato. (Immagine: Reidar Hahn, Fermilab)

Introduzione

Utilizzando i dati del Dark Energy Survey (DES), i ricercatori hanno trovato più di 300 oggetti trans-nettuniani (TNO), pianeti minori situati nelle parti più remote del sistema solare, tra cui oltre 100 nuove scoperte. Pubblicato in The Astrophysical Journal Supplement Series, lo studio descrive anche un nuovo approccio per trovare tipi simili di oggetti e potrebbe aiutare le ricerche future per trovare l’ipotetico Pianeta Nove ed anche altri pianeti. Il lavoro è stato condotto da dott. Pedro Bernardinelli e dai professori Gary Bernstein e Masao Sako.

Rilevamenti TNO dedicati

L’obiettivo del DES, che ha completato sei anni di raccolta dati a gennaio, è comprendere la natura dell’energia oscura raccogliendo immagini ad alta precisione del cielo meridionale. Mentre DES non è stato progettato specificatamente pensando ai TNO, la sua ampiezza e profondità di copertura lo hanno reso particolarmente abile nel trovare nuovi oggetti trans-nettuniani. “Il numero di TNO che puoi trovare dipende da quanta porzione di cielo guardi e qual è la cosa più debole che riesci a trovare“, afferma Bernstein

Poiché DES è stato progettato per studiare galassie e supernove, i ricercatori hanno dovuto sviluppare un nuovo modo di tracciare il movimento. I rilevamenti dei TNO effettuano misurazioni con frequenza ogni ora o due, il che consente ai ricercatori di monitorare più facilmente i loro movimenti. “I rilevamenti TNO dedicati hanno un modo di vedere l’oggetto muoversi ed è facile rintracciarli“, afferma Bernardinelli. “Una delle cose chiave che abbiamo fatto in questo documento è stato trovare un modo per recuperare quei movimenti“. 

Collegare i punti

Utilizzando i primi quattro anni di dati raccvolti dal DES, Bernardinelli ha iniziato con un set di dati di 7 miliardi di “punti“, tutti i possibili oggetti rilevati dal software che erano al di sopra dei livelli di sfondo dell’immagine. Quindi ha rimosso tutti gli oggetti che erano presenti in più notti – oggetti come stelle, galassie e supernova – per costruire un elenco “transitorio” di 22 milioni di oggetti prima di iniziare un enorme gioco di “collegare i punti“, alla ricerca di coppie o terzine vicine di oggetti rilevati per aiutare a determinare dove l’oggetto apparirebbe nelle notti successive.

Con i 7 miliardi di punti ridotti a un elenco di circa 400 candidati che sono stati visti in almeno sei notti di osservazione, i ricercatori hanno dovuto quindi verificare i loro risultati. “Abbiamo questo elenco di candidati e quindi dobbiamo assicurarci che i nostri candidati siano effettivamente oggetti reali“, afferma Bernardinelli. 

Per filtrare la loro lista di candidati fino ai TNO effettivi, i ricercatori sono tornati al set di dati originale per vedere se potevano trovare più immagini dell’oggetto in questione. “Diciamo che abbiamo trovato qualcosa in sei notti diverse“, dice Bernstein. “Per i TNO presenti, li abbiamo effettivamente seguiti per 25 notti diverse. Ciò significa che ci sono immagini dove dovrebbe trovarsi quell’oggetto, ma non è riuscito a superare il primo stepo per essere chiamato punto“. 

Bernardinelli ha sviluppato un modo per sovrapppore più immagini per creare una visione più nitida, che ha contribuito a confermare se un oggetto rilevato fosse un vero TNO. Hanno anche verificato che il loro metodo era in grado di individuare i TNO noti nelle aree del cielo esaminate e che erano in grado di individuare oggetti falsi che venivano iniettati nell’analisi. “La parte più difficile è stata quella di cercare di trovare quello che dovevamo trovare“, afferma Bernardinelli. 

I nuovi TNO

Dopo molti mesi di sviluppo e analisi dei metodi, i ricercatori hanno trovato 316 TNO, tra cui 245 scoperte fatte da DES e 139 nuovi oggetti che non erano stati precedentemente pubblicati. Con solo 3.000 oggetti attualmente conosciuti, questo catalogo DES rappresenta il 10% di tutti i TNO conosciuti. Plutone, il TNO più noto, è 40 volte più lontano dal Sole rispetto alla Terra e i TNO trovati, usando i dati DES, vanno da 30 a 90 volte la distanza della Terra dal sole. Alcuni di questi oggetti si trovano su orbite a distanza estremamente lunga che li porteranno ben oltre Plutone. 

un grafico che mostra la posizione dei punti colorati all'interno di un'area allineata, l'asse y a sinistra e l'asse x in alto indica la latitudine eclittica (gradi) e l'asse y a destra indica la distanza di rilevamento (AU)
La posizione degli oggetti trovati nei primi quattro anni di dati DES. Il contorno mostra il raggio di ricerca di DES e il colore di ciascun punto mostra quanto è lontano l’oggetto nell’unità astronomica (una UA equivale a 93 milioni di miglia). Due dei rilevamenti erano a più di 90 UA, ovvero a oltre 8 miliardi di miglia di distanza. (Immagine: Pedro Bernardinelli)

Ora che DES è completo, i ricercatori stanno riesaminando la loro analisi sull’intero set di dati DES, questa volta con una soglia inferiore per il rilevamento di oggetti nella prima fase di filtraggio. Ciò significa che esiste un potenziale ancora maggiore per la ricerca di nuovi TNO, probabilmente fino a 500, sulla base delle stime dei ricercatori.

Il metodo sviluppato da Bernardinelli può anche essere utilizzato per la ricerca di TNO nelle prossime indagini astronomiche, tra cui il nuovo Osservatorio di Vera C. Rubin . Questo osservatorio esaminerà l’intero cielo meridionale e sarà in grado di rilevare oggetti ancora più deboli e più distanti di DES. “Molti dei programmi che abbiamo sviluppato possono essere facilmente applicati a qualsiasi altro set di dati di grandi dimensioni, come quello che produrrà l’Osservatorio Rubin“, afferma Bernardinelli. 

Trovare il nono pianeta

Questo catalogo di TNO sarà anche un utile strumento scientifico per la ricerca sul sistema solare. Poiché DES raccoglie un ampio spettro di dati su ciascun oggetto rilevato, i ricercatori possono tentare di capire da dove proviene il TNO, dal momento che gli oggetti che si formano più vicino al Sole dovrebbero avere colori diversi rispetto a quelli originati in più distanti e più freddi luoghi. E, studiando le orbite di questi oggetti, i ricercatori potrebbero essere un passo avanti nella ricerca del Pianeta Nove, un ipotetico pianeta delle dimensioni di Nettuno che si pensa esista oltre Plutone. 

“Ci sono molte idee su pianeti giganti che erano nel sistema solare e non ci sono più, o pianeti che sono lontani e massicci ma troppo deboli per essere ooservati ancora“, dice Bernstein. “Fare il catalogo è la parte divertente della scoperta. Quindi quando crei questa risorsa, puoi confrontare ciò che hai trovato con ciò che la teoria di qualcuno ha detto che dovresti trovare“.

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