Un ESPRESSO sulla “Tavola”: svelata l’architettura 3-D del sistema planetario attorno alla stella brillante π Mensae

π Mensae (nota anche come HD 39091) è una stella brillante di tipo solare visibile nell’emisfero sud attorno alla quale, due anni fa, il telescopio spaziale TESS ha rivelato una super-Terra grande due volte la Terra con perodo orbitale di circa 6 giorni. Oltre a essere balzato agli onori della cronaca “esoplanetaria” per essere uno dei primi pianeti in transito scoperti da TESS, π Men c -questo il nome della super-Terra- è diventato un target particolarmente ghiotto per un follow-up spettroscopico finalizzato a misurarne massa e densità media con grande precisione. A rendere la stella un obiettivo ancora più intrigante è il fatto -già noto- che essa ospita un compagno substellare di massa minima pari a circa 10 masse gioviane, chiamato π Men b, la cui orbita molto eccentrica viene completata in poco meno di sei anni. π Men è quindi un sistema multi-planetario con una configurazione che lo rende molto interessante per lo studio dei processi di formazione e evoluzione dinamica dei sistemi planetari.
Per queste ragioni, π Men è stata scelta dal Consorzio internazionale ESPRESSO (1) come una delle prime stelle da osservare con l’omonimo spettrografo ad alta risoluzione operativo da circa due anni al Very Large Telescope (VLT) di ESO (ESPRESSO è l’acronimo di Échelle SPectrograph for Rocky Exoplanets and Stable Spectroscopic Observations). I risultati delle osservazioni di ESPRESSO (275 spettri raccolti in un semestre nel corso di 37 notti) sono stati appena pubblicati in un articolo accettato dalla rivista Astronomy and Astrophysics (pre-print disponibile alla pagina Web https://arxiv.org/abs/2007.06410).

Il lavoro è stato guidato da Mario Damasso e Alessandro Sozzetti di INAF-Osservatorio Astrofisico di Torino, che si sono avvalsi anche di nuovi dati fotometrici di TESS e misure astrometriche di Hipparcos e Gaia per ottenere una caratterizzazione completa del sistema planetario.
L’orbita spettroscopica di π Men c è mostrata in figura (i dati di ESPRESSO sono in verde; i dati di archivio di HARPS, usati nello studio, sono in blu e celeste). Le velocità radiali di ESPRESSO hanno una precisione media di 10 cm/s, circa tre volte superiore a quella delle misure ottenute negli anni passati con lo spettrografo HARPS, e hanno permesso -da soli- di rivelare con chiarezza il segnale Doppler prodotto dalla super-Terra.
L’analisi combinata con le misure fotometriche e astrometriche ha permesso di determinare con precisione l’inclinazione del piano orbitale di π Men b (i=45.8 +1.4 -1.1 gradi), permettendo così di stimarne la massa vera (m=14.1 +0.4 -0.5 masse di gioviane). Questo risultato è molto interessante in quanto rivela che π Men b rientra nella categoria delle nane brune e che il suo piano orbitale è molto inclinato rispetto a quello del compagno di piccola massa π Men c. Questo forte disallineamento è una informazione cruciale per le teorie che  puntano a ricostruire i processi di formazione di questo sistema planetario e la sua evoluzione dinamica nel corso di 4 miliardi anni, che è l’età stimata per π Mensae.

(1) Il Consorzio ESPRESSO è composto dalle seguenti istituzioni: