DALL’ANALISI DEI DATI LAMOST-KEPLER

Agli esopianeti piace il girotondo

La prevalenza di orbite circolari tra tutti i pianeti identificati da Kepler potrebbe implicare che nella Via Lattea il nostro sistema planetario non sia poi così atipico. È quanto emerge da uno studio di 698 esopianeti che sono stati analizzati mediante il telescopio cinese LAMOST allo scopo di misurare l’eccentricità delle orbite. I risultati, pubblicati su PNAS, potrebbero avere implicazioni importanti per la formazione e l’evoluzione dei pianeti

Il telescopio LAMOST. Crediti: LAMOST Collaboration

Uno studio sulle eccentricità orbitali, derivate dall’analisi dei dati forniti dal telescopio cinese LAMOST (Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope) per un campione di 698 esopianeti identificati dal satellite Kepler, suggerisce che le orbite planetarie tendono ad essere eccentriche in quei sistemi planetari a singolo-transito mentre nei sistemi a transito-multiplo le orbite diventano quasi circolari e la relazione tra il valore medio dell’eccentricità e la reciproca inclinazione orbitare risulta simile a quella osservata per i corpi celesti del Sistema solare. I risultati, riportati su Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), suggeriscono che le orbite circolari e coplanari, come quelle che caratterizzano il nostro sistema planetario, potrebbero rappresentare un caso comune nella Via Lattea.

Negli ultimi vent’anni, le osservazioni mirate per definire la forma geometrica delle orbite dei sistemi esoplanetari, caratterizzata dal parametro eccentricità, hanno fatto passi da gigante grazie soprattutto al metodo della velocità radiale (VR). Tuttavia, rimangono ancora alcune questioni in sospeso. Ad esempio, la maggior parte dei pianeti che sono stati identificati col metodo VR si trovano in orbite eccentriche rispetto ai pianeti del Sistema solare, il che solleva una domanda fondamentale: il nostro sistema planetario può essere un membro atipico nell’ambito della popolazione dei sistemi planetari alieni presenti nella Via Lattea?

Bisogna dire che il metodo VR presenta qualche limite: in altre parole, alcuni importanti effetti di selezione e di degenerazione possono introdurre nella distribuzione dei valori dell’eccentricità incertezze sistematiche alquanto significative. Inoltre, la maggior parte dei valori dell’eccentricità derivati col metodo VR si riferiscono ai pianeti giganti, quelli cioè di tipo gioviano, mentre nel caso dei pianeti di dimensioni più piccole, andando da quelli terrestri a quelli nettuniani, la varietà delle forme geometriche orbitali rimane poco studiata.

L’immagine illustra le orbite, con le relative posizioni, per alcuni sistemi planetari a transito-multiplo identificati dal satellite Kepler. Crediti: NASA Ames/Dan Fabrycky, University of California, Santa Cruz

La missione del satellite Kepler ha permesso di identificare migliaia di candidati-pianeti, inclusi quelli di tipo terrestre, attraverso la tecnica del transito, che è complementare al metodo VR. Circa la metà dei pianeti che sono stati identificati si trovano in sistemi planetari a transito-multiplo e, in media, seguono orbite quasi coplanari simili a quelle del Sistema solare. Ora, per gran parte di questi oggetti, le eccentricità non possono essere derivate direttamente se vengono utilizzate solamente le curve di luce. Le misure dell’eccentricità basate sulle curve di luce sono state realizzate per un numero molto basso di oggetti, molti dei quali si trovano in particolari sistemi planetari caratterizzati da condizioni speciali: stiamo parlando di pianeti giganti con eccentricità elevate, sistemi planetari le cui stelle ospiti sono state caratterizzate con precisione elevata mediante studi di astrosismologia e sistemi planetari estremamente compatti e dinamicamente evoluti che esibiscono variazioni temporali del transito. In particolare, l’analisi delle variazioni temporali del transito eseguita per un determinato campione di sistemi planetari rende possibile vincolare i valori delle eccentricità, ma questo metodo si applica ad un numero limitato (circa 100) di casi che esibiscono configurazioni di (quasi) risonanza.

Dunque, per tentare di capire se il nostro Sistema solare e la sua formazione siano speciali oppure no, gli autori, guidati da Ji-Wei Xie della School of Astronomy and Space Science, presso la Nanjing University a Nanjing, e da Subo Dong del Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, presso la Peking University a Beijing, hanno utilizzato precisi parametri spettroscopi relativi alle stelle madri ricavati dallo strumento LAMOST. Lo scopo era quello di misurare la distribuzione delle eccentricità per un campione omogeneo di 698 esopianeti identificati da Kepler i cui parametri statistici si riferiscono alla tecnica del transito.

Il grafico mostra la variazione dell’eccentricità media in funzione dell’inclinazione per i sistemi planetari a transito-multiplo osservati da Kepler. I cerchietti e le relative barre d’errore mostrano i valori medi e gli intervalli al 68% di confidenza relativi alle distribuzioni delle eccentricità e inclinazioni delle orbite nel caso degli oggetti del Sistema solare (blu) e per altri casi (vedasi inserto in alto a sinistra). I sistemi a transito-multiplo seguono la relazione dei corpi celesti del nostro sistema planetario e si trovano su orbite circolari e coplanari simili. Crediti: Ji-Wei Xie et al. 2016/PNAS

I risultati suggeriscono che quasi la metà dei pianeti si trovano in sistemi planetari a singolo-transito (singoli) mentre l’altra metà fa parte dei casi a transito-multiplo (multipli). I ricercatori trovano una sorta di dicotomia in termini del parametro eccentricità: in media, i casi singoli si trovano su orbite eccentriche mentre i casi multipli su orbite quasi circolari e coplanari, simili a quelle del nostro sistema planetario. Questi risultati sono comunque consistenti con lavori precedenti che riguardano campioni più piccoli e singoli sistemi planetari. Inoltre, gli autori trovano che i casi multipli identificati da Kepler e i corpi celesti del Sistema solare seguono una relazione comune che riguarda le eccentricità medie e le reciproche inclinazioni.

La dicotomia suggerita dai ricercatori può avere implicazioni importanti per la formazione e l’evoluzione dei pianeti. Dal lato evolutivo, gli attuali studi indicano che l’architettura di un sistema planetario può dipendere da diverse condizioni fisiche che emergono durante la formazione di un pianeta come, ad esempio, la massa totale e la diminuzione del gas presente nel disco protoplanetario. Dal lato evolutivo, invece, le interazioni a lungo termine pianeta-pianeta possono scolpire, per così dire, l’architettura stessa del pianeta dopo la sua formazione.

Insomma, questa dicotomia sull’eccentricità orbitale potrebbe aiutare gli astronomi a ricavare preziosi indizi sulle condizioni iniziali relative alla formazione di un pianeta e far luce sugli aspetti che riguardano la parte dinamica dell’evoluzione planetaria. La prevalenza, quindi, di orbite circolari tra tutti i pianeti osservati da Kepler e le proprietà comuni tra i casi multipli e gli i corpi celesti del Sistema solare potrebbe, quindi, implicare che il nostro sistema planatario non sia poi del tutto anomalo nell’ambiente galattico.


Per saperne di più:

  • Leggi l’articolo su PNAS: Ji-Wei Xie et al. 2016 – Exoplanet orbital eccentricities derived from LAMOST-Kepler analysis