Ci sono stelle che trascorrono tutta la loro esistenza da sole. E poi ci sono le altre, la maggior parte: stelle che vivono in compagnia, formando sistemi stellari binari. Il sistema binario nu Octantis è uno di questi. Situato nell’omonima costellazione dell’Ottante, a circa 70 anni luce dalla Terra, il sistema è composto da una stella primaria, nu Oct A, con una massa pari a circa 1,6 volte quella del Sole, e da una stella secondaria, nu Oct B, con una massa pari a circa la metà di quella del Sole. Le due stelle orbitano l’una attorno all’altra con un periodo di 1.050 giorni.
Nel 2009, sulla base dei dati della velocità radiale – una misura della velocità con cui un oggetto celeste si muove lungo la linea di vista dell’osservatore – ottenuti nell’arco di 12 anni (circa quattro periodi orbitali), un team di ricercatori guidato da David Ramm, dell’Università di Canterbury, in Nuova Zelanda, ha rilevato perturbazioni periodiche nel sistema, suggerendo la possibile presenza di un corpo planetario in un’orbita stretta attorno alla coppia di stelle. Tuttavia, i modelli teorici di formazione planetaria per simili sistemi e l’assenza di precedenti osservativi avevano sollevato dubbi sull’effettiva esistenza del pianeta.
Illustrazione artistica del sistema planetario nu Octantis. Crediti: Università di Hong Kong
Ora un gruppo di scienziati guidati dall’Università di Hong Kong, con la partecipazione dello stesso David Ramm, ha condotto nuove misurazioni ad alta precisione delle velocità radiali del sistema, confermandone la presenza.
Oct Ab – questo il nome del pianeta – è un gigante gassoso con una massa circa il doppio di quella di Giove: un supergioviano, come gli astronomi chiamano i pianeti più massicci del nostro gigante gassoso. Il pianeta segue un’orbita coplanare al sistema, con un semiasse maggiore di 1,2 unità astronomiche e un’eccentricità di 0.2. A differenza dei pianeti circumbinari, o “tipo P”, che orbitano attorno a entrambe le stelle del sistema, Oct Ab ruota attorno alla sola stella primaria, completando un’orbita in circa 400 giorni. Pianeti di “tipo S”, o circumprimari, è così che li chiamano gli astronomi. Inoltre, lo fa con un moto retrogrado, cioè opposto a quello della stella: un comportamento molto insolito nei sistemi stellari binari.
L’avanzamento di grado di Oct Ab da candidato pianeta a pianeta confermato è stato reso possibile grazie nuove misurazioni ad alta precisione della velocità radiale del sistema, condotte dai ricercatori tra marzo 2018 e settembre 2019 con lo strumento Harps (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher) montato sul telescopio da 3,6 metri di diametro sull’Osservatorio Eso di La Silla, in Cile. Utilizzando 213 misurazioni ad alta precisione della velocità radiale del sistema effettuate con lo spettrografo, e combinando questi dati con 1.437 misurate d’archivio ottenute con lo spettrografo Hercules sul telescopio McLellan da 1,0 m presso l’Università di Canterbury, il team ha confermato l’esistenza del segnale planetario.
«Abbiamo effettuato un’analisi dei nuovi dati e di quelli d’archivio sulla velocità radiale, raccolti nell’arco di 18 anni, e abbiamo ottenuto risultati che indicano come l’orbita del pianeta debba essere retrograda e quasi complanare a quella del sistema binario», osserva Ho Wan Cheng, ricercatore all’Università di Hong Kong e primo autore della pubblicazione
Nello studio, i cui risultati sono pubblicati su Nature, gli autori hanno anche indagato la natura della stella secondaria Oct B: la sua massa, come anticipato pari alla metà di quella del Sole, sarebbe compatibile con due tipi di astri: una stella di sequenza principale o una nana bianca, ciò che resta di una stella simile il Sole dopo che ha perso i suoi strati esterni e ha smesso di bruciare carburante. Per ottenere la carta d’identità della stella, i ricercatori hanno osservato il sistema con lo strumento di imaging Sphere, installato sul Very Large Telescope dell’Eso, scoprendo che la stella è in realtà una nana bianca. Questa rivelazione ha implicazioni rilevanti: secondo i ricercatori, infatti, l’architettura attuale del sistema planetario non può essere la stessa di quella originale, e ciò a causa dell’evoluzione di Oct B da stella di sequenza principale a nana bianca.
Per valutare quale fosse l’assetto primordiale del sistema, gli scienziati hanno esplorato tutte le possibili configurazioni orbitali, modellandone l’evoluzione tramite simulazioni. Le indagini hanno confermato quanto ipotizzato: quando si è formato, il sistema era molto diverso. Le simulazioni suggeriscono che il sistema era composto solo dalle dUe stelle. Oct Ab non poteva esserci, non potendo essersi formato contemporaneamente alle stelle. Il motivo è che, nella configurazione primordiale, le due stelle avrebbero avuto una distanza minima – periastro – di circa 1,3 unità astronomiche, coincidente con l’attuale semiasse maggiore dell’orbita planetaria (pari a 1,24 unità astronomiche). Ciò, spiegano i ricercatori, rende difficilmente plausibili gli scenari in cui l’orbita planetaria circumprimaria si sia formata contemporaneamente al sistema.
«Abbiamo scoperto che il sistema ha circa 2,9 miliardi di anni, che nu Oct B aveva inizialmente una massa di circa 2,4 volte quella del Sole e che si è evoluta in una nana bianca circa 2 miliardi di anni fa», dice Cheng. «La nostra analisi, inoltre, ha dimostrato che il pianeta non poteva essersi formato attorno a nu Oct A contemporaneamente alle stelle».
Come si è formato, allora, il pianeta? Gli scienziati avanzano due ipotesi. Una possibilità è che Oct Ab sia un pianeta di seconda generazione. Secondo questa ipotesi, il pianeta si sarebbe formato nel periodo in cui nu Oct B stava evolvendo in nana bianca, mentre l’orbita del sistema binario cambiava progressivamente fino a raggiungere, intorno ai 900 milioni di anni, la configurazione attuale con un periastro di 2,6 unità astronomiche. Il meccanismo di formazione proposto è il seguente: quando nu Oct B ha perso oltre una massa solare di materiale per diventare una nana bianca, circa 0,2 masse sarebbero state accresciute, nell’arco di 2 milioni di anni, da nu Oct A. Tale materia avrebbe formato attorno alla stella un disco di materia simile a un disco protoplanetario, dal quale si sarebbe originato il pianeta.
L’altra ipotesi è che il pianeta fosse inizialmente in un’orbita circumbinaria prograda e sia passato a un’orbita retrograda attorno a nu Oct A a seguito di un fenomeno di scattering planetario innescato dall’evoluzione del sistema binario. «Quando nu Oct B è evoluta in una nana bianca circa 2 miliardi di anni fa, il pianeta potrebbe essersi formato in un disco retrogrado di materiale attorno a nu Oct A, accumulato dalla massa espulsa da nu Oct B», sottolinea il ricercatore dell’Università di Hong Kong Man Hoi lee, co-autore dello studio. «In alternativa», continua lo scienziato, «Oct Ab potrebbe essere stato catturato da un’orbita prograda attorno al sistema binario in un’orbita retrograda attorno a nu Oct A».
Mentre gli astronomi continuano a cercare pianeti in ambienti diversi, questo studio evidenzia che i pianeti in sistemi binari stretti con componenti stellari evolute possano offrire indizi unici sulla formazione e l’evoluzione dei pianeti.
«Potremmo essere testimoni del primo caso convincente di pianeta di seconda generazione», conclude Trifon Trifonov, ricercatore al Centro di astronomia dell’Università di Heidelberg, in Germania, co-autore dell’articolo. «Si tratterebbe di un pianeta catturato o formatosi da materiale espulso dalla sua stella nu Oct B, in seguito alla perdita di oltre il 75 per cento della sua massa primordiale per diventare una nana bianca».
Per saperne di più:
- Leggi su Nature l’articolo “A retrograde planet in a tight binary star system with a white dwarf” di Ho Wan Cheng, Trifon Trifonov, Man Hoi Lee, Faustine Cantalloube, Sabine Reffert, David Ramm e Andreas Quirrenbach