TROVATA CORRELAZIONE TRA PERIODO ORBITALE E INCLINAZIONE

Tatooine e le strane orbite dei pianeti con due soli

Grazie al radiotelescopio Alma, gli astronomi hanno trovato sorprendenti geometrie orbitali nei dischi protoplanetari attorno a stelle binarie, e una importante correlazione: mentre i dischi in orbita attorno ai sistemi binari compatti condividono quasi lo stesso piano, i dischi che circondano sistemi binari più ampi hanno piani orbitali fortemente inclinati. Questi sistemi offrono un'opportunità unica per scoprire come i pianeti riescano a formarsi in ambienti diversi. Tutti i dettagli in uno studio del 2019 pubblicato su ApJ

     20/03/2020
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Due esempi di dischi protoplanetari allineati e disallineati attorno a stelle binarie (dischi circumbinari), osservati con Alma. Per chiarezza, sono state aggiunte le orbite delle stelle nel sistema binario. A sinistra: Hd 98800b, per la quale il disco non è allineato con le orbite del sistema binario interno. Le stelle stanno orbitando l’una attorno all’altra (in questa prospettiva, verso di noi e lontano da noi) in 315 giorni. A destra: Ak Sco, nel quale il disco è in linea con l’orbita delle sue stelle binarie. Le stelle stanno orbitando vicendevolmente in 13.6 giorni. Crediti: Alma (Eso/Naoj/Nrao), I. Czekala and G. Kennedy; Nrao/Aui/Nsf, S. Dagnello

Negli ultimi due decenni, sono stati trovati migliaia di pianeti in orbita attorno a stelle diverse dal Sole, i cosiddetti esopianeti. Alcuni di questi pianeti orbitano attorno a due stelle, proprio come Tatooine, il pianeta natale di Luke Skywalker.

I pianeti nascono da dischi protoplanetari – strutture discoidali di gas e polveri in orbita attorno a una stella o, più spesso, a una protostella – e ora, grazie all’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma), ne abbiamo meravigliose osservazioni. Ma la maggior parte dei dischi studiati finora orbitano attorno a stelle singole. Invece, gli esopianeti come Tatooine si formano in dischi attorno a stelle binarie, i cosiddetti dischi circumbinari.

Lo studio dei luoghi in cui nascono pianeti come Tatooine offre un’opportunità unica per scoprire come i pianeti riescano a formarsi in ambienti diversi. Gli astronomi sono già a conoscenza del fatto che le orbite delle stelle binarie possono deformare e inclinare il disco attorno a esse, facendo sì che il disco stesso risulti disallineato rispetto al piano orbitale delle sue stelle. Ad esempio, uno studio del 2019 condotto da Grant Kennedy dell’Università di Warwick, nel Regno Unito, riporta di aver trovato, sempre grazie alle osservazioni di Alma, un sorprendente disco circumbinario in configurazione polare.

«Con il nostro studio, volevamo saperne di più sulle geometrie tipiche dei dischi circumbinari», riferisce l’astronomo Ian Czekala dell’Università della California, a Berkeley. Czekala e il suo team hanno usato i dati di Alma per determinare il grado di allineamento di diciannove dischi protoplanetari attorno a stelle binarie. «I dati ad alta risoluzione di Alma sono stati fondamentali per lo studio di alcuni dei dischi circumbinari più piccoli e deboli», ha affermato Czekala.

Impressione artistica di un doppio tramonto su un esopianeta tipo Tatooine. che si forma in un disco circumbinario disallineato con le orbite delle sue stelle. Crediti: Nrao/Aui/Nsf, S. Dagnello

Gli astronomi hanno confrontato i dati di Alma dei dischi circumbinari con la dozzina di pianeti Tatooine trovati dal telescopio spaziale Kepler. Con loro grande sorpresa, il team ha scoperto che il grado di disallineamento delle stelle binarie e dei loro dischi circumbinari dipende fortemente dal periodo orbitale delle stelle ospiti. Più è breve il periodo orbitale della stella binaria, maggiore è la probabilità del sistema di ospitare un disco in linea con la sua orbita. I sistemi binari con periodi più lunghi di un mese, in genere ospitano dischi non allineati.

«Vediamo una chiara sovrapposizione tra i piccoli dischi in orbita attorno a binarie compatte, e i pianeti circumbinari trovati con la missione Kepler», riporta Czekala. Poiché la missione primaria di Kepler è durata 4 anni, gli astronomi sono stati in grado di scoprire pianeti attorno a stelle binarie che orbitano l’una attorno all’altra con periodi inferiori a 40 giorni. Tutti questi pianeti erano allineati con le orbite delle stelle ospiti. Gli astronomi si sono sempre chiesti se ci potessero essere molti pianeti disallineati che Kepler non è riuscito a trovare. «Con il nostro studio, ora sappiamo che probabilmente non c’è una grande popolazione di pianeti disallineati che Kepler non è riuscito a vedere, poiché i dischi circumbinari attorno a stelle binarie strette sono in genere allineati con i loro ospiti stellari», ha aggiunto Czekala.

Sulla base di questa scoperta, gli astronomi hanno concluso che là fuori ci potrebbero essere pianeti disallineati attorno a stelle binarie “larghe” (con periodi orbitali lunghi) e che sarebbe molto eccitante provare a cercare questa popolazione con metodi di ricerca di esopianeti alternativi al transito, come l’imaging diretto e il microlensing.

Czekala ora si propone di scoprire il motivo di una correlazione così forte tra allineamento del disco e periodo orbitale della stella binaria. «Vogliamo utilizzare strutture esistenti e future, come Alma e il Very Large Array di prossima generazione, per studiare le strutture dei dischi con livelli di precisione senza precedenti», continua, «e cercare di capire come i dischi deformati o inclinati influenzano l’ambiente di formazione del pianeta, oltre che il modo in cui potrebbero influenzare la popolazione di pianeti che si formano all’interno di questi dischi».

«Questa ricerca è un ottimo esempio di come le nuove scoperte si basano sulle osservazioni precedenti», osserva Joe Pesce, responsabile del programma della National Science Foundation per Nrao e Alma. «Discernere le tendenze nella popolazione dei dischi circumbinari è stato reso possibile solo basandosi sulle basi di dati d’archivio di programmi di osservazione intrapresi dalla comunità Alma negli anni passati».

Per saperne di più:

Guarda l’animazione (crediti: Alma (Eso/Naoj/Nrao), I. Czekala and G. Kennedy; Nrao/Aui/Nsf, S. Dagnell)