DUE GIOVIANI CALDI E GIOVANISSIMI

Pianeti neonati abbracciati alle loro stelle

Grazie a due studi pubblicati sull’ultimo numero di Nature la famiglia dei gioviani caldi si allarga, accogliendo due nuovi membri dalle caratteristiche molto particolari: pochi milioni di anni di età e orbite molto strette attorno alle loro stelle. Queste scoperte ci permetteranno di conoscere meglio il ciclo di vita dei sistemi planetari

Rappresentazione artistica del sistema composto dalla stella giovanissima V830 Tau e dal suo pianeta. Crediti: Mark A. Garlick

Rappresentazione artistica del sistema composto dalla stella giovanissima V830 Tau e dal suo pianeta. Crediti: Mark A. Garlick

Sono migliaia ormai i pianeti extrasolari scoperti in orbita attorno a stelle dei nostri dintorni galattici. Tra questi ci sono i cosiddetti gioviani caldi, ovvero giganti gassosi di grossa taglia che ruotano attorno alla loro stella madre in un’orbita più stretta di quella della Terra attorno al Sole. In due articoli distinti, pubblicati sull’ultimo numero della rivista Nature, due team internazionali di ricercatori hanno presentato le loro scoperte, estremamente rare e sorprendentemente simili: due gioviani caldi in orbita attorno alle loro giovanissime stelle madri. Questa doppia scoperta rappresenta un passo avanti molto importante per la comprensione di come si possano formare sistemi planetari di questo tipo e di come poi possano evolvere.

Il primo dei due pianeti, K2-33b, ha un raggio pari a circa 6 volte quello della Terra, ha tra i 5 e i 10 milioni di anni di età e orbita intorno alla sua stella in 5.4 giorni. L’aspetto interessante è che la sua orbita è strettissima: 0.05 volte quella terrestre (davvero estrema, specialmente se si considera che Mercurio, il pianeta più vicino al Sole, ha un’orbita 0.4 volte quella terrestre). La stella ospite si chiama K2-33 e la rilevazione del pianeta è stata possibile grazie alla campagna osservativa K2 realizzata dal telescopio spaziale Kepler della NASA. Per confermare la scoperta, gli scienziati hanno raccolto informazioni circa la velocità radiale della stella presso il W. M . Keck Observatory.

Rappresentazione artistica del telescopio spaziale Kepler. Crediti: NASA

Rappresentazione artistica del telescopio spaziale Kepler. Crediti: NASA

K2-33 fa parte della cosiddetta associazione Scorpius-Centaurus, a una distanza di circa 470 anni luce da noi. Circa il 20% delle stelle che fanno parte di questa associazione presentano dischi protoplanetari, segno che è presente un’attività di formazione planetaria in stadio avanzato, o in alcuni casi appena conclusa. La scoperta di K2-33 b è avvenuta grazie alla campagna di ricerca sistematica di sistemi planetari per 200 candidate all’interno di questo giovane gruppo di stelle.

Il secondo pianeta ruota attorno a V830 Tau, una stella T Tauri, ovvero una stella che sta per raggiungere la fase di sequenza principale. Le stime indicano che la stella ha circa 2 milioni di anni di età, si trova a circa 430 anni luce da noi, e grazie a misure accurate della sua velocità radiale è stato possibile individuare la presenza di un pianeta con una massa 0.77 volte quella di Giove, che le ruota attorno in 4.9 giorni, a una distanza pari a 0.057 volte la distanza media tra la Terra e il Sole.

«Il nostro studio rivela che un pianeta gigante può non solo formarsi in fretta, ma anche trovarsi a due passi dalla sua stella quando il sistema è molto giovane», dice Elodie Hébrard, borsista post-dottorato presso l’Università di York e co-autrice dell’articolo su V830 Tau. «Inoltre, la presenza di un pianeta in un’orbita così stretta e in una fase tanto primordiale per la stella può avere una profonda influenza sulla possibilità di formazione di pianeti terrestri nelle sue vicinanze».

All’interno del sistema solare, i pianeti piccoli e rocciosi come la Terra si trovano vicini al Sole, mentre i giganti gassosi come Giove e Saturno occupano orbite molto più lontane. Quando nel 1995 è stato scoperto il primo pianeta gioviano caldo, gli scienziati sono stati presi alla sprovvista, perché le teorie di evoluzione dei sistemi planetari non prevedevano conformazioni simili, fino a quel momento. L’ipotesi che venne avanzata, e che rimane ad oggi la più accreditata, è che i giganti gassosi si formino nelle regioni esterne e fredde del disco protoplanetario, ma poi alcuni si spostino verso l’interno, migrando verso orbite più strette e diventando gioviani caldi. Altre teorie sostengono che questi pianeti possono assemblarsi a brevi distanze dalla loro stella, senza bisogno di migrazioni successive.

«Con la nostra scoperta dimostriamo che i gioviani caldi si formano anche nelle primissime fasi di vita del sistema planetario, e che probabilmente svolgono un ruolo centrale nel plasmare la struttura complessiva del sistema stesso», spiega Jean-François Donati, ricercatore presso l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP) di Tolosa e primo autore dell’articolo relativo a V830 Tau.

La curva di luce di K233 modulata rispetto al periodo di rotazione della stella di 6.3 giorni. La differenza di colore rappresenta momenti diversi della campagna osservativa (in grigio le prime osservazioni, in blu scuro le ultime). Oltre agli effetti del transito di K2-33 b sono visibili variazioni dovute alla presenza di macchie sulla superficie della stella. Crediti: T. J. David et al. Nature 2016

La curva di luce di K233 modulata rispetto al periodo di rotazione della stella di 6.3 giorni. La differenza di colore rappresenta momenti diversi della campagna osservativa (in grigio le prime osservazioni, in blu scuro le ultime). Oltre agli effetti del transito di K2-33 b sono visibili variazioni dovute alla presenza di macchie sulla superficie della stella. Crediti: T. J. David et al. Nature 2016

Tra i gioviani caldi che conosciamo, molti hanno orbite fortemente inclinate, e questo indica che sono stati spinti verso la loro orbita stretta da interazioni con altri pianeti o stelle vicine. Altri si trovano lungo orbite adagiate lungo l’equatore della stella ospite, segno di un processo di formazione più dolce, che ha spinto il pianeta verso l’intero in maniera meno traumatica. Fino ad ora, però, conoscevamo solo gioviani caldi su orbite stabili attorno a stelle di età avanzata.

Per scoprire il pianeta in orbita attorno a V830 Tau, il team ha utilizzato i due spettropolarimetri gemelli ESPaDOnS e Narval, montati rispettivamente sul Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) da 3.6 metri sul monte Mauna Kea, e sul Téléscope Bernard Lyot (TBL), che si trova sui Pirenei francesi. Le osservazioni si sono protratte per un totale di 47 ore.

«SPIRou and SPIP sono gli strumenti di nuova generazione costruiti dal nostro team per CFHT e TBL, e saranno operativi rispettivamente dal 2017 e dal 2019. Questi due strumenti offriranno prestazioni di gran lunga superiori ai precedenti, e questo ci permetterà di esplorare le fasi di formazione di nuovi sistemi planetari con un dettaglio mai raggiunto fino ad ora», spiega Louise Yu, dottoranda presso l’IRAP e co-autrice dell’articolo relativo a V830 Tau.

«È estremamente interessante capire se K2-33b si sia formato vicino alla sua stella o ci sia arrivato in un secondo momento», dice Sasha Hinkley, ricercatore presso l’Università di Exeter e co-autore dello studio sul sistema di K2-33. «Questo pianeta neonato ci fornisce un’occasione preziosa per comprendere meglio il ciclo di vita dei sistemi di pianeti diversi dal nostro. Infatti, così come studiamo i cambiamenti a cui va incontro un essere umano dalla sua nascita e nelle fasi del suo sviluppo per conoscerne meglio la fisiologia, è altrettanto vero che la scoperta di pianeti così giovani ci aiuta a comprendere meglio i canali di formazione ed evoluzione dei sistemi planetari».

Per saperne di più leggi su Nature: