Gli astronomi trovano un anello mancante per i pianeti più comuni della galassia

Come la Pietra di Rosetta che aiutò gli studiosi a decifrare i geroglifici egiziani, i pianeti della stella V1298 Tau ci aiutano a decifrare come sono nati i pianeti più comuni della galassia.

 

 

 

Una delle più grandi sorprese recenti dell’astronomia è la scoperta che la maggior parte delle stelle come il Sole ospita un pianeta tra le dimensioni della Terra e di Nettuno all’interno dell’orbita di Mercurio — dimensioni e orbite assenti nel nostro sistema solare.

Questi ‘super-Terre e sub-Nettuni’ sono i pianeti più comuni della galassia, ma la loro formazione è stata avvolta nel mistero. Ora, un team internazionale di astronomi ha trovato un anello mancante cruciale.

Pesando quattro pianeti neonati nel sistema V1298 Tau, hanno catturato una rara istantanea di mondi nel processo di trasformazione nei tipi planetari più comuni della galassia.

“La cosa così entusiasmante è che stiamo assistendo a un’anteprima di quello che diventerà un sistema planetario molto normale”, afferma John Livingston, autore principale dello studio presso l’Astrobiology Center di Tokyo, in Giappone.

“I quattro pianeti che abbiamo studiato probabilmente si ricolleranno in ‘super-Terre’ e ‘sub-Nettuni’—i tipi di pianeti più comuni nella nostra galassia, ma non abbiamo mai avuto un quadro così chiaro di loro nei loro anni formativi.”

Lo studio si è concentrato su V1298 Tau, una stella di soli circa 20 milioni di anni—un battito di ciglia nel tempo cosmico rispetto al nostro Sole di 4,5 miliardi di anni.

Attorno a questa giovane stella attiva orbitano quattro pianeti giganti, tutti delle dimensioni di Nettuno e Giove, intrappolati in una fase fugace e turbolenta di rapida evoluzione.

Questo sistema sembra essere un diretto antenato dei sistemi compatti e multi-pianeti presenti in tutta la galassia.

Come la Pietra di Rosetta che aiutò gli studiosi a decifrare i geroglifici egiziani, V1298 Tau ci aiuta a decifrare come sono nati i pianeti più comuni della galassia.

Per un decennio, il team ha utilizzato un arsenale di telescopi terrestri e spaziali per misurare con precisione quando ogni pianeta passava davanti alla stella, un evento noto come transito.

Sincronizzando questi transiti, gli astronomi rilevarono che le orbite dei pianeti non erano perfettamente regolari.

La loro configurazione orbitale e la gravità li fanno tirare a vicenda, accelerando leggermente o rallentando la loro danza celeste.

Questi piccoli cambiamenti temporali, chiamati Transit-Timing Variations (TTV), permisero al team di misurare in modo robusto le masse dei pianeti per la prima volta.

“Per gli astronomi, il nostro metodo ‘Doppler’ di riferimento per pesare i pianeti consiste nel fare misurazioni accurate della velocità della stella mentre viene trainata dal suo seguito di pianeti”, ha detto Erik Petigura, coautore della UCLA.

“Ma le giovani stelle sono così estremamente irregolari, attive e capricciose, che il metodo Doppler è un punto di partenza impossibile.”

Usando i TTV, abbiamo essenzialmente usato la gravità dei pianeti l’uno contro l’altro.”

I risultati sono stati straordinari. I pianeti, nonostante avessero un raggio da 5 a 10 volte superiore alla Terra, si è scoperto avere masse solo da 5 a 15 volte quella del nostro stesso mondo.

Questo li rende di densità incredibilmente bassa—più simili a zucchero filato delle dimensioni di un pianeta che a mondi rocciosi.

“I raggi insolitamente grandi dei pianeti giovani hanno portato all’ipotesi che abbiano densità molto basse, ma questo non era mai stato misurato”, ha detto Trevor David, coautore del Flatiron Institute che ha guidato la scoperta iniziale del sistema nel 2019.

“Pesando questi pianeti per la prima volta, abbiamo fornito la prima prova osservativa. Sono davvero eccezionalmente ‘gonfi’, il che ci offre un punto di riferimento cruciale e atteso da tempo per le teorie dell’evoluzione planetaria.”

Questa gonfiorezza aiuta a risolvere un enigma di lunga data nella formazione dei pianeti.

Un pianeta che si forma e si raffredda semplicemente nel tempo sarebbe molto più compatto.

L’analisi del team rivela che questi pianeti devono aver subito una trasformazione drammatica nelle prime fasi della loro vita, perdendo rapidamente gran parte delle loro atmosfere iniziali e raffreddandosi drasticamente quando il disco ricco di gas attorno alla loro giovane stella è scomparso.

“Questi pianeti hanno già subito una trasformazione drastica, perdendo rapidamente gran parte delle loro atmosfere originali e raffreddandosi più rapidamente di quanto ci aspetteremmo dai modelli standard,” spiega James Owen, coautore dell’Imperial College di Londra che ha guidato la modellazione teorica.

“Ma stanno ancora evolvendo. Nei prossimi miliardi di anni, continueranno a perdere atmosfera e a restringersi significativamente, trasformandosi nei mondi compatti che vediamo in tutta la galassia.”

“Mi viene in mente il famoso fossile di ‘Lucy’, uno dei nostri antenati ominidi vissuto 3 milioni di anni fa ed era uno degli ‘anelli mancanti’ chiave tra scimmie e umani,” ha aggiunto Petigura. “

V1298Tau è un collegamento critico tra le nebulose che formano stelle/pianeti che vediamo in tutto il cielo e i sistemi planetari maturi che abbiamo ora scoperto a migliaia.”

Il sistema Tau V1298 funge ora da laboratorio cruciale per comprendere le origini dei pianeti più abbondanti della Via Lattea, offrendo agli scienziati uno sguardo senza precedenti sulle vite turbolente e trasformative dei giovani mondi.

Comprendere sistemi come V1298 Tau potrebbe anche aiutare a spiegare perché il nostro sistema solare manca delle super-Terre e dei sub-Nettuni così abbondanti altrove nella galassia.

“Questa scoperta cambia radicalmente il modo in cui pensiamo ai sistemi planetari,” aggiunge Livingston.

“V1298 Tau ci mostra che le super-Terre e i sub-Nettuni di oggi iniziano come mondi giganteschi e gonfi che si contraggono nel tempo. Stiamo essenzialmente osservando l’architettura planetaria di maggior successo dell’universo in divenire.”

 

Credito: Astrobiology Center