Webb ridefinisce la linea di demarcazione tra pianeti e stelle

Dov’è la linea di demarcazione tra le stelle e i pianeti più massicci? Gli scienziati pensano che possa dipendere da come si sono formati. È stato da un approccio dal basso verso l’alto, che cresceva gradualmente nel tempo, o da un approccio dall’alto verso il basso in cui una grande raccolta di gas e polvere si frammenta in pezzi più piccoli, grandi quanto un pianeta?

 

 

Gli astronomi hanno utilizzato il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA per studiare un oggetto che pesa circa 15 volte più di Giove, collocandolo proprio sulla linea di demarcazione tra i due processi.

Hanno scoperto che l’oggetto, chiamato 29 Cygni b, probabilmente si è formato dal basso verso l’alto piuttosto che dall’alto verso il basso. In altre parole, si è formato come un pianeta, non come una stella.

I pianeti, come quelli del nostro Sistema Solare, si formano in un processo bottom-up in cui piccoli pezzi di roccia e ghiaccio si agglutinano e crescono nel tempo. Ma più il pianeta è pesante, più è difficile spiegarne la formazione in questo modo.

Gli astronomi hanno usato il telescopio spaziale James Webb per esaminare 29 Cygni b, un oggetto circa 15 volte più massiccio di Giove che orbita attorno a una stella vicina.

Hanno trovato molteplici linee di prova che 29 Cygni b si è effettivamente formato da questo processo bottom-up, portando nuove intuizioni su come nascono i pianeti più robusti.

Un articolo che descrive queste scoperte è stato pubblicato sull’Astrophysical Journal Letters.

Il processo di formazione dei pianeti è ampiamente inteso come avviene all’interno di giganteschi dischi di gas e polvere attorno alle stelle, attraverso un processo chiamato accrezione.

La polvere si accumula in ciottoli, che si scontrano e crescono sempre di più, formando protopianeti e infine pianeti. I più grandi poi raccolgono gas per diventare giganti come Giove.

Poiché ci vuole più tempo perché i giganti gassosi si formino e il disco di materiale che forma pianeti alla fine evapora e scompare, i sistemi planetari finiscono per avere molti più pianeti piccoli che grandi.

Al contrario, le stelle si formano quando una vasta nube di gas si frammenta e ogni frammento collassa sotto la propria gravità, diventando più piccolo e denso.

Un processo di frammentazione simile potrebbe teoricamente verificarsi anche all’interno dei dischi protoplanetari.

Questo potrebbe spiegare perché alcuni oggetti molto massicci si trovano a miliardi di chilometri dalle loro stelle ospiti, in regioni dove il disco protoplanetario avrebbe dovuto essere troppo fragile perché l’accrescimento avvenisse.

29 Cygni b si trova sulla linea di demarcazione tra ciò che può essere spiegato da questi due meccanismi diversi.

Pesa 15 volte più di Giove e orbita attorno alla sua stella a una distanza media di 2,4 miliardi di chilometri, circa quanto Urano nel nostro Sistema Solare. Il team di ricerca l’ha presa di mira perché potrebbe risultare da entrambi i processi.

Il programma di osservazione del team scientifico utilizza la NIRCam (Near-Infrared Camera) di Webb in modalità coronagrafica per riprendere direttamente 29 Cygni b.

Questo pianeta è stato il primo di quattro oggetti prese di mira dal programma, tutti noti per pesare tra 1 e 15 volte più di Giove. Il team richiedeva inoltre che i loro obiettivi orbitassero entro circa 15 miliardi di chilometri dalle loro stelle.

I pianeti erano tutti giovani e ancora caldi dalla loro formazione, con temperature che variavano da circa 530 a 1.000 gradi Celsius. Questo avrebbe garantito che la loro chimica atmosferica fosse simile a quella dei pianeti di HR 8799, il cui sistema aveva studiato in precedenza il team.

Scegliendo filtri appropriati, il team è stato in grado di individuare segni di luce assorbita da anidride carbonica (CO2) e monossido di carbonio (CO), il che ha permesso di determinare la quantità di quegli elementi chimici più pesanti, che gli astronomi chiamano collettivamente metalli.

Hanno trovato forti prove che 29 Cygni b è arricchito di metalli rispetto alla sua stella ospite, che è simile al nostro Sole nella sua composizione.

Data la massa del pianeta, la quantità di elementi pesanti che contiene equivale a circa 150 Terre. Ciò suggerisce che abbia accumulato grandi quantità di solidi arricchiti di metalli da un disco protoplanetario.

Il team ha inoltre utilizzato un array di telescopi ottici terrestri chiamato CHARA (Center for High Angular Resolution Astronomy) per determinare se l’orbita del pianeta è allineata con la rotazione della stella. Hanno confermato quell’allineamento, cosa che sarebbe prevista per un oggetto formato da un disco protoplanetario.

Collettivamente, queste prove suggeriscono fortemente che 29 Cygni b si siano formati all’interno di un disco protoplanetario attraverso una rapida accrescimento di materiale ricco di metalli.

Mentre il team raccoglie dati sugli altri tre obiettivi del programma, pianifica di cercare evidenze di differenze composizionali tra i pianeti di massa inferiore e quelli di massa più alta.

Questo dovrebbe fornire ulteriori informazioni sui loro meccanismi di formazione.