TROPPO MASSICCIO PER LA SUA PICCOLA STELLINA

Gj 3512b, l’esopianeta che sfida le teorie

Un gigantesco esopianeta simile a Giove in una posizione improbabile, quantomeno secondo il modello di formazione planetaria più accettato. È la scoperta fatta da un team di scienziati analizzando i dati della survey Carmenes. Tra i coautori dell'articolo, pubblicato oggi sulla rivista Science, c'è anche Luigi Mancini, dell’Università di Roma Tor Vergata e associato Inaf. Lo abbiamo intervistato

     26/09/2019
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Rappresentazione artistica dell’esopianeta Gj 3512b e la sua stella. Crediti: Carmenes / RenderArea / J. Bollaín / C. Gallego

Il nome completo è Gliese-Jahreiß 3512b ed è il nuovo esopianeta che il team internazionale di scienziati guidato da Juan Carlos Morales ha scoperto orbitare attorno a Gj 3512, una nana rossa distante circa 30 anni luce dalla Terra. Un altro pianeta esotico che si aggiunge alla lista degli oltre 4000 mondi alieni scovati sinora, scoperto in questo caso – spiega lo studio pubblicato oggi su Science – grazie alla survey effettuata con lo spettrografo Carmenes, montato sul telescopio del Calar Alto Observatory. Un pianeta la cui formazione è poco chiara: Gj 3512b e la sua stella costituiscono infatti un sistema planetario raro, talmente raro da mettere in crisi la più accreditata delle teorie di formazione dei pianeti gassosi – la teoria dell’accrescimento del nucleo (core accretion theory). Il motivo? Il modello non spiegherebbe come sia possibile la formazione di un esopianeta massiccio come Gj 3512b attorno a una stella piccola come Gj 3512. Il nuovo mondo alieno è infatti un gigante gassoso simile a Giove: ha quasi la metà della sua massa. Potrebbe non sembrare tanto, ma se considerate che la stella attorno alla quale orbita è poco più di un decimo della massa del Sole, è facile comprendere quanto in proporzione si tratti di un mondo enorme.

Le nane rosse di tipo M, quale è Gj 3512, sono tra le stelle più piccole stelle esistenti, nonché il tipo più comune nella Via Lattea. Tuttavia, nonostante la loro ubiquità, solo circa 400 dei quasi 4000 esopianeti noti orbita attorno a queste stelle. Un 10 per cento indicativo di quanto rari siano gli esopianeti con queste caratteristiche in sistemi solari nei quali la stella abbia una massa simile. Oltre all’anomalo rapporto fra massa del pianeta e massa della stella, un altro dato che ha sorpreso i ricercatori è che l’orbita – la cui durata è di 204 giorni – ha un’eccentricità molto elevata (e=0.4356) per un pianeta di questo tipo. Tant’è che, come detto in apertura, la sua formazione non sarebbe spiegabile con la teoria di formazione dei pianeti gassosi. Formazione che invece, secondo gli autori, potrebbe essere spiegata da un modello alternativo: il cosiddetto modello dell’instabilità gravitazionale, o “disk instability model”, che ipotizza l’inizio dell’accrescimento gassoso con instabilità nella nuvola di gas che costituisce un disco protoplanetario. A questo proposito, Media Inaf ha intervistato Luigi Mancini, ricercatore all’università di Roma Tor Vergata, associato Inaf e cofirmatario dello studio.

Luigi Mancini, ricercatore al dipartimento di fisica dell’università di Roma Tor Vergata e associato Inaf all’Osservatorio astrofisico di Torino

La formazione di Gj 3512b attorno alla sua stella non sarebbe spiegabile con il modello dell’accrescimento del nucleo, dicevamo. Perché?

«Il modello di core accretion presuppone che i pianeti si formino in due fasi: si ha inizialmente la formazione di nuclei rocciosi, con dimensioni di alcune masse terrestri, all’interno del disco protoplanetario e poi, quando viene raggiunta una massa critica, questi nuclei riescono ad accumulare grandi quantità di gas fino a raggiungere la massa di un pianeta di tipo gioviano. Le stelle di piccola massa, come quelle di classe M, dovrebbero proporzionalmente avere dei dischi di accrescimento poco massicci; quindi anche la quantità di materiale disponibile nel disco per formare i pianeti è significativamente ridotta. La presenza di un gigante gassoso attorno a una stella di così piccola massa (circa un decimo di quella del Sole) indica che o il disco originale era anomalamente massiccio o che il meccanismo del core accretion in questo caso non funziona. Infatti, tutte le simulazioni numeriche che sono state fatte girare falliscono nello spiegare la formazione e, quindi, l’esistenza di questo sistema planetario».

E perché lo sarebbe l’altro modello, quello della instabilità gravitazionale?

«La disk instability è un modello alternativo di formazione planetaria. Secondo questo modello, non è più richiesta la formazione di un core (un nucleo massiccio): i pianeti giganti si possono formare in maniera più diretta, ovvero dalla frammentazione, dovuta a delle instabilità gravitazionali, del disco protoplanetario in clump di gas e polvere, che poi evolvono in pianeti attraverso la condensazione del gas. Queste instabilità avvengono negli stadi iniziali della formazione del sistema, quando il disco protoplanetario è ancora sufficientemente massiccio rispetto alla stella – ancora superiore a un decimo di quest’ultima. Usando questo modello, abbiamo stimato che i frammenti di disco si formino a una distanza dalla stella compatibile con il periodo orbitale del pianeta ‘b’, e che questi frammenti abbiano una massa minore di quella di Giove: in accordo, quindi, con la stima della massa del pianeta ‘b¢ ottenuta con le velocità radiali».

Confronto di Gj 3512 con il Sistema solare e altri sistemi planetari di nane rosse. I pianeti attorno a una stella di massa solare possono crescere fino a quando non iniziano ad accumulare gas e diventano pianeti giganti come Giove. Gli autori hanno pensato che piccole stelle – come Proxima, Trappist-1, la stella di Teegardern e Gj 3512 – non potevano formare pianeti di massa di Giove. Crediti: Guillem Anglada-Escude – Ieec, SpaceEngine.org

Nell’articolo si parla di un sistema planetario formato inizialmente da tre pianeti, di cui uno sarebbe stato espulso, lasciando Gj 3512b su una orbita eccentrica. Che significa? Dobbiamo aspettarci forse un “fratello” di Gj 3512b?

«Il pianeta Gj 3512b si muove su un’orbita molto eccentrica, e=0.4356. Una così elevata eccentricità non è prevista per un sistema con un solo pianeta, poiché le interazioni con il disco protoplanetario durante la migrazione orbitale dovrebbero portare il pianeta a muoversi su un’orbita circolare o a bassa eccentricità. Tuttavia, l’interazione pianeta-pianeta può spesso produrre simili valori di eccentricità per le orbite dei pianeti giganti. Dal momento che le nostre misure di velocità radiale sembrano indicare che ci sia un altro pianeta (Gj 3512c), la nostra spiegazione è che il sistema fosse formato inizialmente da tre pianeti, di cui uno – con una massa simile o inferiore di quella del pianeta ‘b’ – fu espulso, lasciando il pianeta ‘b’ su un’orbita eccentrica e un grosso divario tra i due pianeti superstiti ‘b’ e ‘c’. Gj 3512c è dotato di una massa inferiore al pianeta ‘b’ e si muove su di un’orbita più larga (>1390 giorni). Dal momento che questo candidato pianeta ha un’orbita così lunga, occorre continuare a misurare la velocità radiale della stella per altri anni per poterne confermare l’esistenza».

Per saperne di più:

Correzione del 27.09.2019: In alcune parti dell’articolo il nome del pianeta era indicato erroneamente come Gj 5312b, mentre quello corretto è Gj 3512b