PIANETI E BINARIE DISTANTI

I pericoli di una relazione a distanza

I sistemi planetari inseriti in stelle binarie molto distanti tra loro sono particolarmente "a rischio" di perturbazioni gravitazionali, fino all'espulsione di alcuni pianeti dal sistema. Lo dimostra uno studio pubblicato su Nature.

Due simulazioni di perturbazioni di un sistema planetario dovuto a stelle binarie. Sulla sinistra, uno zoom-out mostra l'orbita di un'ipotetica compagna di 0,1 masse solari associato al nostro sistema solare, con una separazione orbitale di 10.000 UA. Sulla destra una vista ingrandita delle orbite di Giove, Saturno, Urano e Nettuno. Quando l'orbita binaria diventa eccentrica, le orbite planetarie sono perturbate e Urano e Nettuno sono espulsi. Credit: Nathan Kaib

Una stella compagna distante può disturbare un sistema planetario molto più di una vicina. Lo sostengono su Nature Nathan Kaib della Northwestern University e i suoi colleghi, contraddicendo una convinzione consolidata tra gli studiosi di pianeti extrasolari.

A differenza del Sole, molte stelle fanno parte di sistemi binari di stelle – in cui due stelle orbitano fra loro – e i  sistemi planetari presenti attorno a queste stelle possono subire pesantemente l’influenza gravitazionale della stella compagna. Le orbite di compagne stellari molto distanti tra di loro possono diventare via via più eccentriche (meno circolari), portando la stella compagna a passare, una volta per ogni orbita, molto vicina ai pianeti dell’altra stella, con effetti disastrosi sulla loro stabilità: le orbite dei pianeti possono risultarne molto disturbate, e alcuni pianeti possono essere espulsi e lasciati a vagare nello spazio.

“Le orbite stellari binarie sono molto sensibili ai disturbi causati da altre stelle di passaggio, o dal campo gravitazionale della Via Lattea“, ha detto Nathan Kaib, autore dello studio pubblicato su Nature 6 gennaio che descrive i risultati. “Questo fa sì che le loro orbite stellari possono cambiare costantemente la loro eccentricità ovvero il loro grado di circolarità. Se un sistema binario ampio di questo tipo esiste da abbastanza tempo, alla fine si ritroverà con una eccentricità orbitale molto alta”.

E quando l’orbita di una stella binaria diventa molto eccentrica, le due stelle passeranno molto vicine su un lato dell’ellisse orbitale, mentre arriveranno a essere molto distanti sull’altro lato dell’ellisse. Ciò può avere conseguenze disastrose per i pianeti. Infatti la gravità della stella che passa a distanza ravvicinata può cambiare radicalmente le orbite planetarie intorno alla stella portando all’espulsione del pianeta dal suo spazio interstellare.

Kaib, un borsista post-dottorato presso il Centro Interdisciplinare per l’esplorazione e la ricerca in Astrofisica (CIERA) è arrivato a queste conclusioni sulla base di simulazioni al computer, in cui lo assistevano Martin Duncan, professore di fisica alla Queen ‘s University di Kingston, in Canada, e Sean N. Raymond, un ricercatore presso l’Università di Bordeaux  in Francia. Il metodo usato era di aggiungere una ipotetica stella compagna, a grande distanza dal Sole, al sistema solare: il risultato (simulato) era che almeno uno dei quattro pianeti giganti (Giove, Saturno, Urano e Nettuno) veniva espulso in quasi la metà delle simulazioni.

“Questo processo richiede centinaia di milioni di anni, se non miliardi di anni per verificarsi.  La conseguenza è che i pianeti di questi sistemi inizialmente si formano e si evolvono come se orbitassero attorno a una stella isolata”, ha detto Kaib, che presenterà i risultati di questa settimana al 221° meeting della American Astronomical Society a Long Beach, California. “E’ solo molto più tardi che inizieranno a sentire gli effetti della loro stella compagna, che spesso porta alla rottura del sistema planetario.”

“Abbiamo anche scoperto che ci sono prove concrete che questo processo si verifichi regolarmente in noti sistemi planetari extrasolari”, ha detto Duncan. ” Si ritiene che i pianeti formatisi su orbite circolari, e si ritrovino su orbite molto eccentriche solo a causa di perturbazioni potenti e violente. Quando abbiamo studiato le eccentricità orbitali dei pianeti che sappiamo risiedere in sistemi binari ampi, abbiamo scoperto che sono statisticamente più eccentrici dei pianeti intorno a stelle come il nostro Sole.”

“Le orbite planetarie eccentriche viste in questi sistemi sono essenzialmente delle cicatrici causate da precedenti interruzioni  dalla stella compagna,” ha detto Raymond.

I ricercatori osservano che questa situazione può crearsi solo quando si presume che il tipico sistema planetario si estende dalla sua stella fino a 10 volte la distanza tra la Terra e il sole. In caso contrario, il sistema planetario è troppo compatto per essere influenzato anche da un compagno stellare su un’orbita molto eccentrica.

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