HA IL RAGGIO DI GIOVE E LA MASSA DI NETTUNO

Wasp-107b, come una nuvola di zucchero filato

Utilizzando i dati dell’Osservatorio Keck, un team internazionale di astronomi ha scoperto che la massa del nucleo dell'esopianeta gigante Wasp-107b è molto inferiore a quanto si riteneva necessario per giustificare l'immenso inviluppo di gas che circonda i pianeti giganti. L’esopianeta è grande come Giove ma ha una massa dieci volte minore, con un nucleo solido di non più di quattro volte la massa della Terra. Tutti i dettagli su Astronomical Journal

     18/01/2021
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Impressione artistica dell’esopianeta Wasp-107b e della sua stella, Wasp-107. Parte della luce della stella scorre attraverso lo strato di gas esteso dell’esopianeta. Crediti: Esa/Hubble, Nasa, M. Kornmesser.

Gli astronomi dell’Università canadese di Montréal (UdeM) hanno scoperto che la massa del nucleo dell’esopianeta gigante Wasp-107b è molto inferiore a quanto si è sempre ritenuto necessario per giustificare l’immenso inviluppo di gas che circonda i pianeti giganti come Giove e Saturno.

Questa intrigante scoperta di Caroline Piaulet, studentessa dell’Istituto per la ricerca sugli esopianeti (iREx) della UdeM, suggerisce che in realtà i pianeti giganti gassosi si potrebbero formare molto più facilmente di quanto si pensi.

Lo studio – che ha coinvolto colleghi in Canada, Stati Uniti, Germania e Giappone – è stato pubblicato oggi sulla rivista Astronomical Journal. «La nuova analisi della struttura interna di Wasp-107b ha grandi implicazioni», afferma Björn Benneke, coautore dello studio. «Questo lavoro affronta le basi stesse di come i pianeti giganti possono formarsi e crescere. Fornisce una prova concreta del fatto che può essere innescato un massiccio accumulo di un involucro di gas nel caso di nuclei che sono molto meno massicci di quanto si pensasse in precedenza».

Wasp-107b è stato rilevato per la prima volta nel 2017 intorno a Wasp-107, una stella a circa 212 anni luce dalla Terra nella costellazione della Vergine. Il pianeta è molto vicino alla sua stella, oltre 16 volte più vicino della Terra al Sole. Grande come Giove ma 10 volte più leggero, Wasp-107b è uno degli esopianeti meno densi a oggi conosciuti: un tipo di pianeta che gli astrofisici hanno soprannominato super-puff (super gonfi) o cotton-candy (di zucchero filato).

Per la prima volta, Piaulet e il suo team hanno utilizzato le osservazioni di Wasp-107b ottenute all’Osservatorio Keck alle Hawaii per valutare la sua massa in modo più accurato. In particolare, hanno usato il metodo della velocità radiale – che consente di determinare la massa di un pianeta osservando il movimento oscillatorio della sua stella ospite causato dall’attrazione gravitazionale del pianeta stesso – concludendo che la massa di Wasp-107b è circa un decimo di quella di Giove, o circa 30 volte quella della Terra.

Il team ha quindi effettuato un’analisi per determinare la struttura interna più probabile del pianeta, giungendo a una conclusione sorprendente: con una densità così bassa, il pianeta deve avere un nucleo solido di non più di quattro volte la massa della Terra. Ciò significa che più dell’85 percento della sua massa è racchiusa nello spesso strato di gas che circonda questo nucleo. In confronto, Nettuno – che ha una massa simile a Wasp-107b – ha solo dal 5 al 15 percento della sua massa totale nel suo strato di gas.

Ma come può formarsi un pianeta di densità così bassa? E com’è riuscito a evitare che il suo enorme strato di gas si dissolvesse, soprattutto vista la vicinanza del pianeta alla sua stella?

I pianeti si formano nel disco di polvere e gas che circonda una giovane stella, il disco protoplanetario. I modelli classici di formazione di un gigante gassoso sono basati su quanto sappiamo di Giove e Saturno e prevedono che sia necessario un nucleo solido almeno 10 volte più massiccio della Terra per accumulare una grande quantità di gas, prima che il disco si dissolva. Senza un nucleo massiccio, i pianeti giganti gassosi non si ritenevano in grado di superare la soglia critica necessaria per costruire e mantenere i loro grandi involucri di gas.

Come si spiega allora l’esistenza di Wasp-107b, che ha un nucleo molto meno massiccio? La professoressa Eve Lee della McGill University e membro di iREx, esperta di fama mondiale di pianeti super-puff come Wasp-107b, ha diverse ipotesi. «Per Wasp-107b, lo scenario più plausibile è che il pianeta si sia formato molto lontano dalla stella, dove il gas nel disco è abbastanza freddo e il suo accrescimento può avvenire molto rapidamente», spiega. «In seguito, il pianeta è stato in grado di migrare nella sua posizione attuale, sia attraverso le interazioni con il disco o con altri pianeti nel sistema».

Al di là della sua storia di formazione, ci sono ancora molti misteri che circondano Wasp-107b. Gli studi sull’atmosfera del pianeta con il telescopio spaziale Hubble pubblicati nel 2018 hanno rivelato una sorpresa: contiene pochissimo metano. «È strano perché, per questo tipo di pianeta, il metano dovrebbe essere abbondante», osserva Piaulet. «Stiamo ora analizzando le osservazioni di Hubble, alla luce della nuova massa del pianeta, per vedere come influenzerà i risultati e per esaminare quali meccanismi potrebbero spiegare la distruzione del metano».

«Pianeti extrasolari come Wasp-107b – che non hanno analoghi nel Sistema solare – ci consentono di comprendere meglio i meccanismi di formazione dei pianeti in generale e la conseguente varietà di esopianeti. Questo ci motiva a studiarli in grande dettaglio», conclude Piaulet.

Non è tutto. Le osservazioni del Keck del sistema Wasp-107 coprono un periodo di tempo molto più lungo rispetto a studi precedenti, e hanno permesso al team di ricerca guidato dalla UdeM di fare un’ulteriore scoperta: l’esistenza di un secondo pianeta, Wasp-107c, con una massa di circa un terzo di quella di Giove, notevolmente superiore a quello di Wasp-107b.

Per saperne di più:

  • Leggi su Astronomical Journal l’articolo “WASP-107b’s density is even lower: a case study for the physics of gas envelope accretion and orbitalmigration”, di Caroline Piaulet, Björn Benneke, Ryan A. Rubenzahl, Andrew W. Howard, Eve J. Lee, Daniel Thorngren, Ruth Angus, Merrin Peterson, Joshua E. Schlieder, Michael Werner, Laura Kreidberg, Tareq Jaouni, Ian J. M. Crossfield, David R. Ciardi, Erik A. Petigura, John Livingston, Courtney D. Dressing, Benjamin J. Fulton, Charles Beichman, Jessie L. Christiansen, Varoujan Gorjian, Kevin K. Hardegree-Ullman, Jessica Krick e Evan Sinukoff