Analizzando un campione di trecento sistemi meglio caratterizzati tra gli oltre mille noti nella Via Lattea, un team internazionale di ricerca guidato dall’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf) ha scoperto che i sistemi multi-pianeta finora identificati appartengono a due distinte “famiglie”. Lo studio, pubblicato oggi sulla rivista Nature Astronomy, dimostra per la prima volta l’esistenza di un vero e proprio “legame genetico” tra la stella madre e i suoi pianeti, in grado di determinare la nascita, l’evoluzione dinamica e la futura stabilità dell’intero sistema planetario.
Illustrazione schematica del legame evolutivo tra le proprietà stellari e le architetture dei sistemi planetari. Ambienti di formazione stellare differenti danno origine a stelle e dischi protoplanetari con masse e abbondanze di elementi pesanti diverse, che a loro volta influenzano l’architettura dei sistemi multiplanetari che si formano al loro interno. Le stelle di massa inferiore a quella del Sole e con metallicità subsolare tendono a ospitare sistemi compatti, caratterizzati da livelli più bassi di eccitazione dinamica e da pianeti più piccoli ma più numerosi (a sinistra). Al contrario, le stelle più massicce, con metallicità solare o superiore, tendono a ospitare sistemi con un numero inferiore di pianeti, ma più massicci e distribuiti su orbite più ampie. Questi sistemi presentano una maggiore eccitazione dinamica, probabilmente dovuta a instabilità gravitazionali che possono espellere alcuni dei pianeti formatisi inizialmente (a destra). Crediti: Inaf / Università di Valencia / immagine generata con Ia
La prima famiglia è composta da sistemi ampi e massicci, spesso con masse totali comprese tra il doppio e dieci volte quelle del Sistema solare, che orbitano attorno a stelle più massicce e ricche di metalli (cioè elementi diversi da idrogeno ed elio) del nostro Sole. La seconda famiglia comprende invece sistemi compatti e a massa inferiore, costituiti da pianeti con masse e dimensioni comparabili tra loro – in una configurazione nota come “piselli in un baccello” (peas-in-a-pod, in inglese) – che orbitano attorno a stelle con massa e metallicità uguali o inferiori a quelle del Sole a distanze che, nella maggioranza dei casi, sono ben più strette di quelle di Mercurio nel Sistema solare.
Per poterle distinguere, le ricercatrici e i ricercatori hanno utilizzato una serie di parametri che consentono di confrontare le caratteristiche di sistemi così diversi tra loro. Per esempio, si è visto che quelli della prima famiglia presentano un’elevata “temperatura dinamica”. Misurata tramite un parametro che quantifica lo scostamento del sistema da una configurazione imperturbata con tutte le orbite circolari e sullo stesso piano, questa caratteristica è la traccia di un passato segnato da violente instabilità gravitazionali, collisioni giganti ed espulsioni di pianeti. I membri della seconda famiglia, invece, mostrano tracce di storie dinamiche meno violente e più vicine a quella del nostro Sistema solare.
«La domanda fondamentale da cui siamo partiti è stata: cosa determina le caratteristiche dei sistemi planetari come li vediamo oggi? Vengono stabilite alla nascita o sono scolpite dall’evoluzione nel tempo? La verità, alla fine, si è rivelata stare nel mezzo», spiega Diego Turrini, ricercatore dell’Inaf e co-primo autore dell’articolo. «I nostri risultati mostrano che esiste un legame genetico tra i sistemi planetari e le loro stelle e che, in funzione della stella attorno cui nascono, questo legame ne determina anche il destino». Variazioni, anche contenute nell’ambiente di formazione planetaria, dovute alle diverse proprietà stellari, possono cambiare radicalmente la natura del sistema in formazione e la sua evoluzione futura, determinando se questa sia caratterizzata da fasi di marcata instabilità e da impatti giganti.
«La difficoltà principale durante l’analisi dei dati è stata determinare se le due famiglie di sistemi planetari fossero reali o solo un’illusione creata dai limiti tecnologici delle attuali tecniche osservative», aggiunge Camilla Danielski, ricercatrice dell’Università di Valencia precedentemente assegnista di ricerca all’Inaf, co-prima autrice del lavoro. «Alla fine del percorso è diventato chiaro che gli effetti di selezione hanno agito come la punta dell’iceberg, rivelando l’esistenza di diversità ben più profonde e strutturali tra questi sistemi».
Per poter provare questa ipotesi, è stata essenziale anche una serie di simulazioni numeriche che hanno esplorato l’evoluzione di sistemi planetari con diverse condizioni iniziali. «Gli scenari che meglio riproducono le proprietà dinamiche della famiglia di sistemi ampi e massivi sono quelli in cui i sistemi sono instabili fin dalla nascita», sottolinea Danae Polychroni, ricercatrice dell’Inaf che ha seguito questa parte dello studio. «La maggiore abbondanza di materiale da cui formare i pianeti attorno alle loro stelle ospite fa sì che questi nascano troppo grandi, impedendo al sistema di rimanere stabile».
La scoperta chiarisce come l’ambiente stellare nativo influisca direttamente sul destino dei pianeti e sulla sopravvivenza di mondi potenzialmente in grado di ospitare la vita. La conoscenza di questo legame genetico costituisce una chiave di lettura essenziale per orientare la ricerca di architetture planetarie simili al Sistema solare e di pianeti potenzialmente abitabili come la Terra.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Astronomy l’articolo “Two families of multi-planet systems with distinct architectures and stellar hosts”, di Diego Turrini, Camilla Danielski, Danae Polychroni, Robert Przyłuski, Hans Rickman, Diego Bossini, J. M. Diederik Kruijssen, Angelo Zinzi, Simon Goodwin, Steven N. Longmore, Mélanie Chevance e Lise Ramambason. Lo studio, a guida Inaf e supportato dall’International Space Science Institute di Berna tramite il progetto “Transformation of Planetary Systems by Environmental Perturbations” guidato da Diederik Kruijssen, vede la partecipazione di un’ampia collaborazione internazionale, con l’Università di Valencia, l’Agenzia Spaziale Italiana (Asi), il Centrum Badań Kosmicznych Pan, l’Università di Uppsala e diverse università europee.