PRIME FASI DI VITA DI UN SISTEMA PLANETARIO

HD 106906b: il pianeta esiliato

Un team internazionale di ricercatori ha analizzato i dati raccolti dal Gemini Planet Imager e dal telescopio spaziale Hubble, scoprendo che il giovane esopianeta chiamato HD 106906b potrebbe essere stato allontanato dalla sua orbita originaria da una perturbazione gravitazionale. I risultati sono apparsi sulla rivista The Astrophysical Journal

Rappresentazione artistica di HD106906b, un giovane pianeta grande 11 volte Giove e in un'orbita molto lontana rispetto alla sua stella ospite (16 volte la distanza di Plutone dal Sole). La stella ha 13 milioni di anni di età ed è ancora circondata un disco di detriti, residuo delle fasi di formazione del sistema stellare. Crediti: NASA/JPL-Caltech

Rappresentazione artistica di HD106906b, un giovane pianeta grande 11 volte Giove e in un’orbita molto lontana rispetto alla sua stella ospite (16 volte la distanza di Plutone dal Sole). La stella ha 13 milioni di anni di età ed è ancora circondata un disco di detriti, residuo delle fasi di formazione del sistema stellare. Crediti: NASA/JPL-Caltech

Tra i pianeti extrasolari scoperti lo scorso anno ce n’è uno estremamente peculiare: è 11 volte più grande di Giove e si trova a una distanza dalla sua stella pari a 16 volte quella di Plutone dal Sole. Dai dati raccolti sembra che sia stato allontanato dalla sua orbita originaria da un processo simile a quello che ha avuto luogo nelle prime fasi di vita del sistema solare.

Le immagini raccolte dallo strumento Gemini Planet Imager (GPI) montato sul Telescopio Gemini in Cile e dal telescopio spaziale Hubble mostrano che la stella è circondata da una cintura di comete inclinata e asimmetrica. Questo indica che il sistema ha subito perturbazioni gravitazionali e suggerisce che le interazioni tra i pianeti, così come hanno avvicinato le comete alla stella, possono aver allontanato il pianeta ai confini del sistema stesso. L’esopianeta esiliato sembra inoltre circondato da un anello di detriti, trascinato probabilmente durante l’allontanamento.

«Riteniamo che il pianeta abbia catturato materiale dalla cintura di comete, e che sia circondato da un anello o un alone di polvere», ha dichiarato Paul Kalas, professore di astronomia dell’Università di Berkeley. «Abbiamo condotto tre diversi test e i risultati sembrano indicare la presenza di una nube di polvere, ma non è ancora detta l’ultima parola».

«I dati che abbiamo raccolto suggeriscono che il pianeta sia molto più ricco di polvere del previsto, e stiamo eseguendo osservazioni di follow-up per verificare se sia effettivamente circondato da un disco… sarebbe molto emozionante!», ha raccontato Abhi Rajan, studente laureato presso l’Arizona State University che ha contribuito all’analisi delle immagini.

Questi pianeti sono di estremo interesse, poiché anche il sistema solare, quando era giovane, potrebbe aver attraversato fasi turbolente simili a quella descritta, allontanando dei pianeti che oggi non fanno più parte degli otto che vediamo e conosciamo.

La perturbazione potrebbe essere stata causata dal passaggio ravvicinato di una stella, che avrebbe modificato le orbite dei pianeti interni, oppure da un pianeta massiccio all’interno del sistema stesso. Il team GPI ha anche cercato segni di un altro pianeta più vicino alla stella che potrebbe aver interagito con l’esopianeta, ma non ha trovato nulla entro un’orbita simile a quella di Urano. L’articolo che presenta i risultati di questo studio è stato pubblicato di recente sulla rivista The Astrophysical Journal.

Immagine relativa alla scoperta del pianeta HD 106906b. L’immagine è stata ottenuta nell’infrarosso ed è stata poi elaborata per rimuovere la luce dalla stella ospite. Crediti: Vanessa Bailey

Immagine relativa alla scoperta del pianeta HD 106906b. L’immagine è stata ottenuta nell’infrarosso ed è stata poi elaborata per rimuovere la luce dalla stella ospite. La linea tratteggiata verde indica la dimensione dell’orbita di Nettuno. Crediti: Vanessa Bailey

La stella ospite si chiama HD 106906, si trova a 300 anni luce da noi in direzione della costellazione della Croce del Sud, ed è simile al Sole, ma molto più giovane: circa 13 milioni di anni di età, contro i 4.5 miliardi di anni del nostro Sole. Si pensa che i pianeti si formino presto nella vita di una stella, eppure lo scorso anno un team guidato da Vanessa Bailey dell’Università dell’Arizona ha scoperto il peculiare pianeta HD 106906b: contiene 11 volte la massa di Giove e si trova all’incredibile distanza di 650 UA dalla propria stella (1 UA è la distanza media tra la Terra e il Sole).

È estremamente improbabile che un pianeta si formi a una distanza così grande dalla propria stella, perciò qualcuno ha inizialmente suggerito che HD 106906b si sia formato come una stella: raccogliendo e addensando gas e polveri circostanti. I dati ottenuti con il GPI e Hubble mostrano invece la presenza di una cintura di comete asimmetrica, e forse un anello di detriti attorno al pianeta, e sembrano quindi indicare una formazione normale attorno alla stella ospite, con un episodio turbolento durante il quale il pianeta è stato sbalzato in un’orbita più distante.

«Stiamo forse vedendo il nostro sistema solare quando aveva 13 milioni di anni?» Chiede Kalas. «Sappiamo che la nostra cintura di comete, la fascia di Kuiper, ha perso una grande quantità di massa durante la sua evoluzione, ma non abbiamo una macchina del tempo per tornare indietro e vedere come questo sia successo. Uno dei modi per capirlo è studiare questi episodi violenti attorno ad altre stelle giovani, che rimodellano il sistema, a volte addirittura spostando le orbite dei pianeti».

Nel maggio 2015 Kalas e i suoi collaboratori hanno utilizzato il GPI alla ricerca di altri pianeti attorno alla stella e hanno scoperto che era circondata da un anello di materiale polveroso molto simile, per dimensione, alla nostra cintura di Kuiper. La regione centrale vuota ha un raggio pari a 50 UA, di poco più grande rispetto alla zona occupata da pianeti del sistema solare. Questo indica che un sistema planetario di HD 106906 si è formato lì, ha spiegato Kalas.

Subito dopo questa scoperta sono state analizzate le immagini raccolte in passato dal telescopio spaziale Hubble, grazie al quale è stato possibile notare che l’anello di materiale polveroso era molto più esteso e asimmetrico di quanto ci si aspettasse. Inoltre, sul lato rivolto verso il pianeta, il materiale polveroso era sottile e copriva quasi tutta la distanza che lo separa dal pianeta stesso, mentre dal lato opposto è denso e poco esteso.

«Queste evidenze indicano che il sistema planetario è stato portato alla sua configurazione attuale da una perturbazione gravitazionale», ha spiegato Kalas. Un altro aspetto insolito del pianeta è che la sua orbita sembra essere inclinata di 21 gradi rispetto al piano del sistema planetario interno, mentre la maggior parte dei pianeti si trovano di solito su un piano comune.

Kalas e i suoi colleghi hanno ipotizzato che il pianeta abbia avuto origine da una posizione più vicina alla cintura di comete e abbia catturato materiale polveroso che si trova attualmente in orbita attorno al pianeta. Per verificare questa ipotesi, hanno analizzato con attenzione i dati del GPI e le osservazioni di Hubble, rivelando tre proprietà del pianeta coerenti con la presenza di un grande anello o alone di polvere che lo circonda. Tuttavia, per ciascuna delle tre proprietà, sono possibili spiegazioni alternative.

I ricercatori stanno pianificando osservazioni più dettagliate da effettuare con il telescopio spaziale Hubble, che permetteranno di determinare se HD 106906b sia o meno uno dei primi esopianeti simili a Saturno, con un esteso sistema di anelli.

La cintura interna di polvere intorno alla stella è stata confermata in maniera indipendente da un gruppo di ricercatori che hanno utilizzato lo strumento SPHERE montato sul Very Large Telescope dell’ESO in Cile. Tuttavia, la forma distorta del disco di detriti non è stata evidente finché Kalas non ha pensato di analizzare le immagini d’archivio dell’Advanced Camera for Surveys di Hubble.

La campagna osservativa volta alla ricerca di esopianeti e realizzata con l’utilizzo del GPI è un progetto gestito da un team di astronomi dell’Università della California e di altre 23 istituzioni e ha come obiettivo 600 giovani stelle, tutte con meno di 100 milioni di anni di età. Questo studio ci aiuterà a capire come evolvano nel tempo i sistemi planetari e quali dinamiche contribuiscano a plasmare la disposizione finale dei pianeti, come ad esempio quella attuale del nostro sistema solare.