Rilevazione e parametri fondamentali

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La ricerca degli esopianeti rappresenta una delle frontiere più dinamiche e affascinanti dell’astrofisica, con più di 6000 mondi confermati che mostrano caratteristiche molto differenti tra loro, dalle dimensioni alla massa fino ai periodi orbitali.

L’individuazione e lo studio degli esopianeti si basano principalmente su due tecniche osservative: i transiti e le velocità radiali. Il metodo dei transiti consiste nella misurazione dei cali periodici della luminosità stellare generati dall’occultazione planetaria, permettendo di ricavare il raggio del pianeta. La tecnica delle velocità radiali sfrutta invece l’effetto Doppler per misurare le minuscole oscillazioni nello spettro della stella indotte dalla presenza del pianeta, consentendo di calcolarne la massa. Le due tecniche lavorano in sinergia, perché incrociando massa e raggio si ottiene la densità media del pianeta, parametro cruciale per distinguere i giganti gassosi dai mondi rocciosi.

Questi metodi sono utili per rivelare pianeti che orbitano molto vicini alla loro stella (fino a periodi orbitali di alcune centinaia di giorni). Per indagare i sistemi con pianeti più distanti viene utilizzato il metodo dell’astrometria, che misura le piccole variazioni nella posizione della stella nel cielo causate dalla presenza di compagni, grazie ai dati del satellite ESA Gaia.

Le caratteristiche dei pianeti variano anche in base al tipo di stella attorno alla quale orbitano. Un interesse particolare è rivolto alle stelle nane di tipo M: le più piccole, fredde e numerose della nostra Galassia. Queste loro caratteristiche facilitano l’individuazione dei pianeti rocciosi nella loro zona di abitabilità (per approfondire: Stellar Parameters of Early M Dwarfs from Ratios of Spectral Features at Optical Wavelengths [link] e The Abundance Signature of M-dwarf Stars with Planets [link]).

Il Gruppo EXOPA è coinvolto in molti progetti legati alla ricerca e caratterizzazione dei pianeti extrasolari attraverso l’uso di queste tecniche. Questo approccio integrato svela le caratteristiche e l’architettura dei sistemi planetari, che rappresentano la base per proseguirne lo studio con ulteriori metodologie: ad esempio lo studio delle atmosfere planetarie [link] o della presenza di attività stellare [link], che può generare importanti interazioni col pianeta [link].

Le attività del Gruppo EXOPA

Il Gruppo EXOPA è attivamente coinvolto fin dal 2012 nella collaborazione GAPS, che lavora principalmente con le osservazioni ottenute con lo spettrografo HARPS-N del Telescopio Nazionale Galileo (TNG). All’interno di GAPS partecipiamo a diversi sotto-programmi, alcuni dei quali gestiti da noi. In particolare, contribuiamo ai programmi dedicati alla rivelazione e allo studio di:

• pianeti attorno alle stelle nane M (collaborazione HADES con l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE) e l’Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC));
• pianeti attorno a stelle giovani identificati col satellite NASA-TESS;
• pianeti di taglia nettuniana identificati col satellite NASA-TESS;
• pianeti di piccola taglia che saranno oggetto delle osservazioni del futuro satellite ESA-Ariel (Large Program “ArMS”);
• pianeti di piccola taglia nelle regioni interne di sistemi che ospitano pianeti giganti trovati dal satellite ESA-Gaia (Large Program “GFU”).

Molti altri studi sono stati presentati dai ricercatori EXOPA sfruttando dati ottenuti con strumentazione da terra (oltre a HARPS-N@TNG, anche altri spettrografi come HARPS@ESO-3.6m, ESPRESSO@ESO-VLT, …) e dallo spazio (NASA-Kepler/K2, NASA-TESS, …), oppure dati di archivio.

Referenze principali

• “HADES RV program with HARPS-N at the TNG GJ 3998: An early M-dwarf hosting a system of super-Earths” [LINK AL PAPER], Affer, Micela, Damasso et al., 2016, Astronomy & Astrophysics, 593, A117
• “Constraints on the mass and on the atmospheric composition and evolution of the low-density young planet DS Tucanae A b” [LINK AL PAPER], Benatti, Damasso, Borsa et al., 2021, Astronomy & Astrophysics, 650, A66
• “HADES RV programme with HARPS-N at TNG. XIV. A candidate super-Earth orbiting the M-dwarf GJ 9689 with a period close to half the stellar rotation period” [LINK AL PAPER], Maldonado, Petralia, Damasso et al., 2021, Astronomy & Astrophysics, 651, A93
• “The GAPS Programme at TNG. XLII. A characterisation study of the multi-planet system around the 400 Myr-old star HD 63433 (TOI-1726)” [LINK AL PAPER], Damasso, Locci, Benatti et al., 2023, Astronomy & Astrophysics, 672, A126
• “True masses using radial velocity data with HIPPARCOS and Gaia astrometry” [LINK AL PAPER], Piccinini, Petralia, Sozzetti et al., 2026, Astronomy & Astrophysics, 707, A104
• “The GAPS Programme at TNG: LXXIII. Confirmation of the hot sub-Neptune TOI-4602 b (HD 25295 b), a key target for future atmospheric characterization” [LINK AL PAPER], Di Maio, Benatti, Locci et al., 2026, Astronomy & Astrophysics, 709, A270

Persone

	Laura Affer Ricercatore Email: laura.affer @inaf.it ORCID: 0000-0001-5600-3778		Serena Benatti Ricercatore Email: serena.benatti @inaf.it ORCID: 0000-0002-4638-3495
	Claudia Di Maio Ricercatore Email: claudia.dimaio @inaf.it ORCID: 0000-0002-8669-1150		Valerio Fardella Dottorando Email: valerio.fardella @inaf.it ORCID: 0009-0009-5639-4022
	Caterina Guerra Borsista Email: caterina.guerra @inaf.it		Jesus Maldonado Ricercatore Email: jesus.maldonado @inaf.it ORCID: 0000-0002-2218-5689
	Giusi Micela Capo gruppo EXOPA Email: giusi.micela @inaf.it ORCID: 0000-0002-9900-4751		Antonino Petralia Ricercatore Email: antonino.petralia @inaf.it ORCID: 0000-0002-9882-1020
	Giulia Piccinini Dottoranda Email: giulia.piccinini @inaf.it ORCID: 0009-0008-1256-8273

🇬🇧 English version

The search for exoplanets is one of the most dynamic and fascinating frontiers of astrophysics, with more than 6000 confirmed worlds showing very different characteristics, from size and mass to orbital period.

The detection and study of exoplanets rely mainly on two observational techniques: transits and radial velocities. The transit method measures the periodic dips in stellar brightness caused by a planet passing in front of its star, which gives the planet’s radius. The radial velocity technique instead exploits the Doppler effect to measure the tiny oscillations in the stellar spectrum induced by the planet, which gives its mass. The two techniques work in synergy: combining mass and radius yields the mean density of the planet, a key parameter to distinguish gas giants from rocky worlds.

Figure 1 Illustrations of the transit, radial velocity and astrometry methods used to detect extrasolar planets. Images adapted from ESA.

These methods are best suited to planets orbiting close to their star (orbital periods up to a few hundred days). To investigate systems with more distant planets, the astrometric method is used: it measures the small changes in the star’s position on the sky caused by orbiting companions, thanks to data from the ESA Gaia satellite.

Figure 2 Distribution of extrasolar planets by orbital period (x) and mass (y), by discovery method: transits (purple), radial velocities (green) and astrometry (blue). The plot shows well-defined regions — hot Jupiters (top left), super-Earths and hot Neptunes (bottom left) and cold Jupiters (top centre) — while the empty area at the bottom right marks the current instrumental detection limit.

Planetary properties also depend on the type of host star. Particular attention is paid to M dwarfs: the smallest, coolest and most numerous stars in our Galaxy. These properties make it easier to detect rocky planets in their habitable zone (further reading: Stellar Parameters of Early M Dwarfs from Ratios of Spectral Features at Optical Wavelengths [link] and The Abundance Signature of M-dwarf Stars with Planets [link]).

Figure 3 Overview of the planetary systems of the HADES programme. Red circles mark known planets (size proportional to minimum mass), while the dark and light green bands show the conservative and optimistic limits of the habitable zone, respectively (adapted from Pinamonti et al., 2022).

The EXOPA group is involved in many projects on the detection and characterisation of extrasolar planets using these techniques. This integrated approach reveals the properties and architecture of planetary systems, which are the basis for further studies with other methods: for example the study of planetary atmospheres [link] or of stellar activity [link], which can drive significant star-planet interactions [link].

EXOPA activities

Since 2012 the EXOPA group has been actively involved in the GAPS collaboration, which works mainly with observations from the HARPS-N spectrograph at the Telescopio Nazionale Galileo (TNG). Within GAPS we take part in several sub-programmes, some of which we lead. In particular, we contribute to the programmes dedicated to the detection and study of:

• planets around M dwarfs (HADES collaboration with the Institut de Ciències de l’Espai (ICE) and the Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC));
• planets around young stars identified by NASA’s TESS satellite;
• Neptune-sized planets identified by NASA’s TESS satellite;
• small planets that will be targets of the future ESA Ariel mission (Large Program “ArMS”);
• small planets in the inner regions of systems hosting giant planets found by ESA’s Gaia satellite (Large Program “GFU”).

EXOPA researchers have presented many other studies based on ground-based instruments (besides HARPS-N@TNG, also spectrographs such as HARPS@ESO-3.6m and ESPRESSO@ESO-VLT, …), space missions (NASA Kepler/K2, NASA TESS, …) and archival data.

Main references

• “HADES RV program with HARPS-N at the TNG GJ 3998: An early M-dwarf hosting a system of super-Earths” [PAPER LINK], Affer, Micela, Damasso et al., 2016, Astronomy & Astrophysics, 593, A117
• “Constraints on the mass and on the atmospheric composition and evolution of the low-density young planet DS Tucanae A b” [PAPER LINK], Benatti, Damasso, Borsa et al., 2021, Astronomy & Astrophysics, 650, A66
• “HADES RV programme with HARPS-N at TNG. XIV. A candidate super-Earth orbiting the M-dwarf GJ 9689 with a period close to half the stellar rotation period” [PAPER LINK], Maldonado, Petralia, Damasso et al., 2021, Astronomy & Astrophysics, 651, A93
• “The GAPS Programme at TNG. XLII. A characterisation study of the multi-planet system around the 400 Myr-old star HD 63433 (TOI-1726)” [PAPER LINK], Damasso, Locci, Benatti et al., 2023, Astronomy & Astrophysics, 672, A126
• “True masses using radial velocity data with HIPPARCOS and Gaia astrometry” [PAPER LINK], Piccinini, Petralia, Sozzetti et al., 2026, Astronomy & Astrophysics, 707, A104
• “The GAPS Programme at TNG: LXXIII. Confirmation of the hot sub-Neptune TOI-4602 b (HD 25295 b), a key target for future atmospheric characterization” [PAPER LINK], Di Maio, Benatti, Locci et al., 2026, Astronomy & Astrophysics, 709, A270

Team

	Laura Affer Researcher Email: laura.affer @inaf.it ORCID: 0000-0001-5600-3778		Serena Benatti Researcher Email: serena.benatti @inaf.it ORCID: 0000-0002-4638-3495
	Claudia Di Maio Researcher Email: claudia.dimaio @inaf.it ORCID: 0000-0002-8669-1150		Valerio Fardella PhD student Email: valerio.fardella @inaf.it ORCID: 0009-0009-5639-4022
	Caterina Guerra Research fellow Email: caterina.guerra @inaf.it		Jesus Maldonado Researcher Email: jesus.maldonado @inaf.it ORCID: 0000-0002-2218-5689
	Giusi Micela Head of EXOPA Email: giusi.micela @inaf.it ORCID: 0000-0002-9900-4751		Antonino Petralia Researcher Email: antonino.petralia @inaf.it ORCID: 0000-0002-9882-1020
	Giulia Piccinini PhD student Email: giulia.piccinini @inaf.it ORCID: 0009-0008-1256-8273