Nel vasto catalogo degli esopianeti scoperti fino ad oggi quelli che orbitano attorno a due stelle – i cosiddetti pianeti circumbinari – sono una rarità: appena 14 su 6087. Ma c’è un dato ancora più significativo che riguarda questi mondi: nessuno di essi orbita attorno a binarie “strette”, ovvero coppie di stelle che danzano l’una attorno all’altra completando un’orbita in meno di sette giorni – una situazione che gli addetti ai lavori descrivono come un vero e proprio “deserto”.
Rappresentazione artistica di un esopianeta in orbita attorno a una coppia di stelle. Crediti: Nasa/Goddard Space Flight Center
Per anni gli astronomi si sono chiesti che fine avessero fatto tutti questi potenziali Tatooine. Ora due ricercatori, Mohammad Farhat dell’Università della California a Berkeley e Jihad Touma dell’Università americana di Beirut, pare abbiano trovato una risposta al quesito. Grazie a sofisticate simulazioni numeriche, hanno infatti scoperto che tali mondi potrebbero essere stati distrutti o espulsi dai loro sistemi stellari attraverso un meccanismo di “pulizia” guidato dagli effetti della relatività generale.
Al centro dello studio, pubblicato lo scorso dicembre su The Astrophysical Journal Letters, ci sono due concetti chiave: quello di risonanza apsidale e quello di precessione orbitale. Vediamo di cosa si tratta, partendo dal primo.
La precessione orbitale è la rotazione del piano dell’orbita di un corpo celeste. In un sistema planetario costituito da un pianeta e due soli, rappresentato iconicamente dal doppio tramonto di Tatooine in Star Wars, si manifestano due tipi diversi di precessione: quella dell’orbita del pianeta, dominata dalla gravità newtoniana, e quella dell’orbita delle stelle, influenzata invece dalla relatività generale di Einstein. I risultati della ricerca indicano che quando le velocità di queste due precessioni coincidono, i pianeti possono essere distrutti o spazzati via, producendo il “deserto” osservato dagli astronomi.
Lo scenario evolutivo che conduce a questo esito potrebbe essere il seguente. Le stelle binarie probabilmente iniziano la loro vita molto distanti l’una dall’altra. Nel corso di decine di milioni di anni, tuttavia, le interazioni mareali possono portare le due stelle a spiraleggiare l’una verso l’altra. Man mano che le stelle si avvicinano, la loro velocità di precessione aumenta; questo accade perché, quando due masse sono molto vicine tra loro, gli effetti della relatività generale diventano più forti.
Infografica che mostra la sequenza di eventi che potrebbero essere alla base del cosiddetto deserto dei pianeti circumbinari. Crediti: Mohammad Farhat/Uc Berkeley
Allo stesso tempo, l’effetto gravitazionale classico esercitato dalle stelle sul pianeta si indebolisce: avvicinandosi, infatti, le due stelle tendono a comportarsi come un unico centro di massa, rallentando la precessione dell’orbita planetaria. Quando la velocità di precessione della binaria (in aumento) coincide con quella del pianeta (in diminuzione), si può instaurare quella che gli astronomi chiamano “risonanza apsidale”: pianeta e stelle restano bloccati in una danza sincronizzata, con le loro orbite che ruotano alla stessa velocità. Questa configurazione potrebbe deformare progressivamente l’orbita del pianeta, rendendola molto instabile. A quel punto, sottolineano i ricercatori, possono accadere due cose: o il pianeta viene inghiottito e distrutto da una delle due stelle (engulfment), o viene espulso fuori dal sistema planetario verso lo spazio interstellare (ejection).
«Un pianeta intrappolato in una risonanza vede la propria orbita deformarsi verso eccentricità sempre maggiori, mentre la precessione accelera progressivamente, restando però in sintonia con quella del sistema binario, che nel frattempo si contrae», spiega Touma. «In questa configurazione», continua lo scienziato, «il pianeta attraversa la zona di instabilità che circonda le binarie, dove entrano in gioco gli effetti dei tre corpi, che libera gravitazionalmente la zona».
Le simulazioni condotte dai ricercatori indicano che otto pianeti su dieci attorno a binarie strette subiscono questo processo e che, tra questi, il 75 per cento viene distrutto nel giro di poche decine di milioni di anni. Ciò non significa, precisano gli autori, che i sistemi binari stretti siano privi di pianeti: se presenti, tuttavia, questi mondi orbiterebbero a distanze troppo elevate dalle stelle per essere individuati con il metodo dei transiti dai principali cacciatori di esopianeti, come Kepler e Tess. «I pianeti sono là fuori», dice a questo proposito Touma. «È semplicemente la relatività generale ad aver “ripulito” sistematicamente le regioni in cui per noi sarebbe più facile individuarli».
Questo lavoro mette in luce il ruolo fondamentale della relatività generale anche in sistemi apparentemente semplici, dove si riteneva che la dinamica newtoniana fosse sufficiente a spiegare tutto, concludono i ricercatori. Tuttavia, i suoi effetti possono essere diametralmente opposti a seconda dell’architettura del sistema planetario coinvolto: mentre nel Sistema solare la relatività generale agisce come un elemento stabilizzante, impedendo a Mercurio di entrare in risonanza con Giove e di essere espulso, nei sistemi binari stretti opera invece come un efficace meccanismo di “pulizia” orbitale.
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal Letters l’articolo “Capture into Apsidal Resonance and the Decimation of Planets around In-spiraling Binaries” di Mohammad Farhat e Jihad Touma