Scoperto un super-Giove davvero insolito

da un gruppo di astronomi guidati da Olga Zakhozhay

Rappresentazione artistica di un esopianeta gigante gassoso in orbita attorno a una stella simile al Sole. Il giovane esopianeta HD 114082 b ruota attorno alla sua stella simile al Sole entro 110 giorni a una distanza di 0,5 unità astronomiche. (NASA/JPL-Caltech)

Ogni scoperta aggiunge una nuova tessera in quel grande mosaico rappresentato dagli esopianeti. Alcuni sono rocciosi con dimensioni simili alla nostra Luna, altri di taglia terrestre, alcuni comparabili a Nettuno, taluni sono enormi giganti gassosi. Mentre scriviamo, sono più di 5227 quelli confermati e 9115 i candidati che, insieme, formano 3900 sistemi planetari. Tra i confermati il 15% è rappresentato dai giganti gassosi, con masse tra circa quella di Giove sino a 13 volte maggiore. Sopra tale limite si entra nel dominio delle nane brune.

Ora un gruppo di astronomi guidati da Olga Zakhozhay (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germania e Main Astronomical Observatory, Ucraina) ha scoperto HD 114082 b a 310 anni luce da noi, un esopianeta con caratteristiche che lasciano perplessi gli scienziati. Lo studio è pubblicato come lettera in Astronomy & Astrophysics .

Una ricerca a lungo termine

La scoperta è maturata in un vasto programma di osservazione chiamato Radial Velocity Survey for Planets around Young stars (RVSPY). Il programma consiste in 775 ore di osservazione in 4,5 anni presso il telescopio da 2,2 metri dell’ESO/MPG operativo nel sito di La Silla in Cile.

Come indica il nome, RVSPY punta alla scoperta di pianeti giganti attorno a giovani stelle con il metodo delle velocità radiali, vale a dire quelle minuscole oscillazioni nelle righe spettrali di una stella indotte dalla presenza di un oggetto in orbita.

Dalle velocità radiali possono essere dedotte la massa dell’oggetto in orbita e il periodo orbitale. I dati ottenuti da RVSPY sono sufficienti per confermare la presenza di un pianeta oltre ogni dubbio.

Un gigante gassoso in formazione nel disco di polveri e gas di una giovane stella. (ESO/L. Calçada)

Il vantaggio di un transito

Le velocità radiali non dicono nulla sulle dimensioni e quanto sia inclinata l’orbita del pianeta. Tali informazioni possono essere attinte osservando un transito dell’oggetto di fronte alla sua stella. In base all’entità del calo di luce può essere determinato il diametro dell’oggetto in transito. Quando queste informazioni sono disponibili, possono essere incrociate ai dati ricavati dalle velocità radiali per avere un quadro più completo dell’esopianeta.

Che l’osservazione di un transito fosse possibile era stata dedotta dalla presenza di un disco protoplanetario intorno alla stella, quindi il suo pianeta poteva periodicamente pararsi lungo la direzione di vista con la Terra. Non è stato necessario eseguire osservazioni mirate sulla stella perché una curva di luce con un bel transito era già disponibile nei dati TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), il cacciatore di pianeti della Nasa.

La nettissima curva di luce del transito dell’esopianeta HD 114082 b davanti alla sua stella madre. Grazie ai dati ottenuti da TESS, gli autori dello studio hanno dedotto le dimensioni dell’oggetto. [Tratto da O. V. Zakhozhay et al. 2022  – A&A 667, L14 (2022)]

Un gigante vicino alla sua stella

Combinando tutti i dati, Zakhozhay e colleghi hanno scoperto che l’oggetto orbita attorno a una stella di tipo solare in 110 giorni a circa 0,5 Unità Astronomiche. Tale distanza è di poco superiore a quella di Mercurio dal Sole. Di giganti gassosi vicini alla propria stella ne conosciamo parecchi, quindi l’ultimo non aggiungerebbe nulla se non fosse che al diametro quanto Giove corrisponda una massa otto volte maggiore. E l’anomalia è esattamente questa.

Rispetto ai modelli ampiamente accettati, HD 114082 b sarebbe tre volte più denso di un tipico gigante gassoso formatosi da appena 15 milioni di anni. Con una densità circa doppia a quella terrestre, avrebbe un grosso nucleo metallico. Tale composizione interna sarebbe atipica e non prevista dai modelli accettati di formazione.

HD 114082 b è adesso il pianeta gigante gassoso più giovane conosciuto con una massa e un raggio stabiliti“, afferma Zakhozhay. Con tali proprietà forse sfugge qualche passaggio che gli autori cercano di comprendere.

Due meccanismi differenti di formazione

Secondo gli autori, i pianeti giganti si formano in due modi all’interno dei dischi circumstellari di gas e polveri.

Il primo processo è il “core accretion” in cui il nucleo si forma dall’accumulo di materiale roccioso. Al raggiungimento di una massa critica, la gravità è in grado di far cadere su di esso anche il gas circostante sino a raggiungere le dimensioni di pianeta gigante. Il secondo processo fa appello alla “instabilità del disco” dovuta a particelle più dense che fungono da seme e nucleo di attrazione per altre per diventare sempre più grandi.

I due scenari comportano la presenza di un nucleo caldo o freddo, portando a differenze osservabili almeno in giovane età.

Qualcosa non torna

Gli astronomi sembrano preferire lo scenario di accrescimento del nucleo caldo per pianeti simili a HD  114082 b. Tali pianeti, incorporando il gas caldo in un volume maggiore, dovrebbero essere più grandi quando sono più giovani, tendendo a ridursi durante la fase di progressivo raffreddamento.

Questo non è quello che accade con HD 114082 b poiché il rapporto massa/dimensioni è incompatibile con un avvio caldo della sua formazione. Secondo gli autori, l’avvio freddo descrive meglio quanto si osservi in linea con altre osservazioni riguardanti però oggetti più vecchi.

È troppo presto per abbandonare l’idea di una partenza a caldo ”, spiega Ralf Launhardt, collaboratore allo studio. “Tutto quello che possiamo dire, è che ancora non comprendiamo molto bene la formazione dei pianeti giganti“.

Le dimensioni piccole di HD 114082 b rispetto alla massa portano a due conclusioni: la prima è che il suo nucleo solido è più grande della media, la seconda è che i modelli sono da ritoccare, specificamente sul raffreddamento.  

Servono modelli migliori?

HD 114082 b è uno dei soli tre giovani pianeti giganti con età fino a 30 milioni di anni con masse e dimensioni note. Tutti e tre presentano caratteri che sembrano in contrasto con i modelli di formazione e questo porta a sospettare che non si tratti di anomalie ma della regola.

Tre casi sono ancora pochi per scardinare le cose ma sono sufficienti per creare una certa tensione nei teorici.

 “È entusiasmante il modo in cui i nostri risultati osservativi si ripercuotono sulla teoria della formazione dei pianeti. Aiutano a migliorare la nostra conoscenza su come crescono questi pianeti giganti e ci dicono dove si trovano le lacune della nostra comprensione“, ha concluso Zakhozhay.

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Informazioni su Giuseppe Donatiello 350 Articoli
Nato nel 1967, astrofilo da sempre. Interessato a tutti gli aspetti dell'astronomia, ha maturato una predilezione per il deep-sky, in particolare verso i temi riguardanti il Gruppo Locale e l'Universo Locale. Partecipa a programmi Pro-Am nello studio dei flussi stellari in galassie simili alla Via Lattea mediante tecniche di deep-imaging. Ha scoperto sei galassie nane vicine: Donatiello I (2016), Donatiello II, III e IV nel sistema di NGC 253 (2020), Pisces VII (2020) e Pegasus V (2021) nel sistema di M31. Astrofotografo e autore di centinaia di articoli, alcuni con revisione paritaria.