NATURE: il contributo di OAMA alla pubblicazione della scoperta dell'anello di Haumea
11 Ottobre 2017: è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica Nature l'articolo intitolato "The size, shape, density and ring of the dwarf planet Haumea from a stellar occultation" nel quale si descrive, in particolare, la scoperta di un anello di materiale orbitante attorno al pianeta nano Haumea. Il risultato è stato ottenuto grazie ad una campagna osservativa di un fenomeno di occultazione stellare coordinata da astronomi spagnoli e che ha coinvolto osservatori astronomici professionali e amatoriali. Tra questi ultimi si segnala l'importante contributo apportato dalle strutture toscane di Monte Agliale (Borgo a Mozzano - Lucca), San Marcello Pistoiese (Pistoia) e Lajatico (Pisa).
Haumea è uno dei quattro pianeti nani transnettuniani che, almeno precedentemente al presente studio, non risultava ancora ben caratterizzato per quanto concerne alcuni parametri di carattere fisico e geometrico. Il 21 gennaio 2017 si è presentata una rara circostanza (prevista con adeguato anticipo dagli astronomi coordinatori) rappresentata dall'occultazione di una stella relativamente luminosa (V mag ~ 18) da parte di Haumea. Il fenomeno, secondo le previsioni, avrebbe interessato con alta probabilità buona parte dell'Europa centrale ed in particolare l'Italia. Osservatori astronomici professionali ed amatoriali, disseminati lungo la fascia prevista per l'occultazione, hanno pianificato l'osservazione del fenomeno che si è puntualmente verificato pochi minuti dopo le ore 04 del 21 gennaio.
Il calo di luminosità dovuto all'occultazione della stella per opera del pianeta nano è stato registrato da dodici telescopi in dieci strutture osservative dislocate in Italia, Germania, Slovacchia, Ungheria, Repubblica Ceca e Slovenia. Si tratta della prima occultazione per opera di un oggetto transnettuniano osservata da un così elevato numero di strumenti. Lo studio accurato dei dati ha evidenziato una peculiarità assolutamente inattesa: nelle curve di luce sono presenti cali secondari di luminosità, precedenti e/o successivi all'occultazione principale. Dall'osservatorio di Monte Agliale, addirittura, non è stato osservato il minimo principale; al contrario sono state individuate, con adeguati livelli di significatività, ben due occultazioni secondarie. L'interpretazione proposta e accettata per la pubblicazione su Nature è che Haumea sia contornato da un anello circolare di materiale opaco (ring), caratterizzato da uno spessore di circa 70 km e un raggio di circa 2300 km, posto sul piano equatoriale del pianeta nano.
Nell'articolo si descrive come l'attenta e critica analisi dei dati permetta di ricavare valutazioni più affidabili, rispetto a quanto noto in letteratura, per alcuni parametri fisici di Haumea quali dimensione, forma, massa, densità e albedo. Una ulteriore indicazione è stata ottenuta dallo studio della curva di luce ripresa dal telescopio Copernico dell'Osservatorio Astronomico di Asiago. L'analisi del dataset ricavato dalla specola di Cima Ekar (il migliore in termini di rapporto segnale/rumore) ha permesso di escludere la presenza di un'atmosfera a base di azoto o metano, entro determinati limiti di pressione (15 and 50 nbar, rispettivamente). La peculiarità del lavoro è comunque costituita dalla descrizione delle caratteristiche dell'anello di materiale opaco scoperto. Attualmente sono noti soltanto quattro sistemi di anelli attorno ai pianeti giganti e tre sistemi appartenenti a corpi minori (Chariklo, Chirone e Haumea). In particolare, il primo sistema fu individuato (dagli stessi astronomi coordinatori dell'osservazione di Haumea) pochi anni fa attorno al Centauro Chariklo e successivamente venne scoperto quello di Chirone. L'interpretazione di queste inattese scoperte ha indirizzato l'attenzione degli scienziati verso i Centauri e la relativa fenomenologia. L'individuazione del sistema di Haumea non è tuttavia riconducibile al precedente quadro: Haumea è molto più distante e appartiene ad una classe di oggetti completamente diversa; è caratterizzato da una forma piuttosto irregolare e da una elevata velocità di rotazione attorno al proprio asse; infine è molto più grande di Chariklo e Chirone. Tutto ciò lascia presupporre che la formazione di sistemi di anelli possa rappresentare una evenienza relativamente comune nella regione degli oggetti transnettuniani; come commentato nell'articolo, queste considerazioni aprono per gli esperti un nuovo e stimolante filone di indagine.
Rappresentazione artistica in scala di Haumea e del suo anello circolare; sono rispettate le proporzioni tra il corpo principale (di forma ellissoidale) e l'anello; quest'ultimo si trova ad una distanza di circa 2280 km dal centro e giace sul piano equatoriale del pianeta nano. Il valore del raggio lo colloca ad una distanza compatibile, entro gli errori sperimentali, con la risonanza 3:1 rispetto al periodo di rotazione di Haumea.(immagine per concessione di IAA-CSIC/UHU).
Visto che la zona di cielo in cui transitava Haumea il 21 gennaio non era particolarmente affollata da stelle di campo, è stato agevole effettuare una semplice fotometria di apertura sulle immagini ottenute da Monte Agliale; con una routine appositamente sviluppata, sono stati ricavati i flussi della sorgente (Haumea + stella occultata) e di alcune stelle di campo, questi ultimi utilizzati per l'analisi fotometrica differenziale. Le figure seguenti ritraggono il campo ripreso al momento dell'occultazione e le curve di luce ottenute dall'elaborazione.
Il campo stellare di Haumea la mattina del 21 gennaio 2017: la stella occultata (URAT1 533-182543) ha una magnitudine V = 18 mentre Haumea risulta leggermente più luminoso (V=17.3)
Analisi fotometrica delle immagini riprese da Monte Agliale: il primo pannello mostra il risultato per il flusso della sorgente (Haumea + stella) e sono evidenziati i due cali di luminosità secondari dovuti all'occultazione della stella per opera dell'anello prima in ingresso e poi in egresso; il secondo grafico illustra lo stesso fenomeno ma attraverso il rapporto tra il flusso della sorgente e quello di una stella di campo, assunta come riferimento. L'intervallo delle ascisse è scelto per rendere agevole il confronto con i dati contenuti nella pubblicazione.
I grafici sono confrontabili con quelli pubblicati nell'articolo; in particolare dall'elaborazione ottenuta attraverso la semplice fotometria di apertura si calcola una deviazione standard del flusso della sorgente pari a 0.038 e una significatività delle due detection pari a 3.94 e 3.65, rispettivamente. I risultati pubblicati sono ancora più ottimistici in quanto la deviazione standard del dataset è pari a 0.031 mentre i livelli di significatività delle detection risultano uguali a 4.5 e 5.4. Da sottolineare che questi valori sono migliori di altri, talvolta ottenuti con telescopi di maggiore apertura.
Concludendo segnaliamo che delle dodici osservazioni relative alle occultazioni secondarie, determinanti per l'individuazione e la caratterizzazione dell'anello di Haumea, ben quattro sono riconducibili all'attività degli osservatori toscani (due a Monte Agliale, una a San Marcello Pistoiese e una a Lajatico). Con il contributo dell'Osservatorio di Ondrejov -Repubblica Ceca- il numero di osservazioni effettuate con strumenti di classe amatoriale sale a 6 (50% del totale); la mancanza di tali rilevazioni avrebbe determinato la totale assenza del campionamento della parte occidentale dell'anello e comunque una notevole riduzione della significatività del fit elaborato. Con strumenti amatoriali è stato possibile rilevare, a livello fotometrico, un anello di materiale esteso appena 70 km e orbitante attorno ad un corpo ellissoidale posto ad oltre 50 unità astronomiche dalla Terra.
Al link https://youtu.be/TeUegAEbGxo è possibile visionare l'animazione di una rappresentazione artistica del sistema di Haumea e del suo anello.