Giovane pianeta gasoso gigante Beta Pic B rifiuta di rivelare la sua origine

I ricercatori hanno utilizzato lo strumento GRAVITY+ aggiornato per studiare l’atmosfera di Beta Pictoris b, un giovane gigante pianeta gassoso, per comprenderne l’origine e la variabilità atmosferica.

Il giovane e in evoluzione del sistema planetario della stella Beta Pictoris di 23 milioni di anni fa (abbreviato: Beta Pic) è considerato un iconico disco di polvere cirstellare, che ospita almeno tre giganteschi pianeti gassosi.

Scoperto già nel 2008 tramite imaging diretto, Beta Pic b è il più massiccio di questi pianeti, con una massa di circa 11 masse di Giove. Orbita attorno alla sua stella ospite su una traiettoria ampia, impiegando circa 23 anni per una sola rivoluzione.

Astronomi dell’Istituto Max Planck per l’Astronomia (MPIA) di Heidelberg, Germania, dell’Observatoire de la Côte d’Azur (OCA) di Nizza, Francia e altri hanno osservato Beta Pic b per indagare l’origine del pianeta e la potenziale variabilità atmosferica con lo strumento GRAVITY+ recentemente aggiornato.

È montata sul Very Large Telescope Interferometer (VLTI), gestito dall’Osservatorio Europeo Meridionale (ESO) presso il sito Paranal in Cile. Antonia von Stauffenberg, dottoranda dell’MPIA, è l’autrice principale dello studio pubblicato come lettera sulla rivista Astronomy & Astrophysics.

“Lo strumento interferometrico GRAVITY+ è altamente stabile […], rendendolo unicamente capace di caratterizzare ad alta fedeltà degli esopianeti direttamente immaginati”, afferma il coautore e scienziato MPIA Jonas Sauter. GRAVITY+ è un aggiornamento dello strumento GRAVITY originale, dotato di ottiche adattive migliorate.

Cosa possiamo imparare sull’atmosfera e sulle origini di Beta Pic b?

Il team ha applicato un metodo proposto qualche anno fa per identificare il luogo di nascita di un pianeta all’interno del suo disco di formazione planetaria. Misurando il rapporto di abbondanza relativa tra due diverse versioni di carbonio (C) bloccate all’interno del gas monossido di carbonio (CO) nell’atmosfera di Beta Pic b, dovrebbe essere possibile dedurre se il pianeta si sia formato all’esterno o all’interno di una regione del disco dove il monossido di carbonio era presente sotto forma di ghiaccio.

Considerando l’irradiazione da parte della stella ospite che riscalda il disco dal suo centro, ciò si tradurrebbe direttamente nella distanza dalla stella a cui si è formato il pianeta.

Il raggio a cui la temperatura è abbastanza bassa da trasformare il gas in ghiaccio è comunemente chiamato linea della neve.

Il termine tecnico per le diverse forme di un elemento, come il carbonio, è isotopo. Gli isotopi mostrano lo stesso numero di protoni carichi positivamente nel nucleo di un atomo, ma differiscono nel numero di neutroni neutri, come nei due isotopi del carbonio ¹²C e ¹³C.

Di conseguenza, hanno masse leggermente diverse ma mostrano proprietà chimiche simili. Nello spazio, il carbonio si trova spesso in associazione con l’ossigeno, formando ¹²CO e ¹³Molecole di CO.

Scenario incerto entusiasmante

Curiosamente, in un tentativo precedente di valutare il rapporto diagnostico tra ¹²CO e i più pesanti ¹³CO, lo scienziato MPIA Matthieu Ravet utilizzò lo strumento GRAVITY originale prima del suo aggiornamento, ottenendo un rapporto relativamente basso.

Gli autori sospettavano già che GRAVITY potesse essere inadeguata a risolvere correttamente i segnali chiave in questo dataset e consigliavano cautela nell’interpretazione dei risultati.

Tuttavia, seguendo la logica dello scenario sopra, questo valore nominale suggerisce che Beta Pic b potrebbe essere cresciuto nel disco esterno oltre la linea della neve accumulando ghiaccio di CO invece che gas di CO.

Tuttavia, a una distanza di circa 10 UA (unità astronomica = la distanza media tra il Sole e la Terra; 1 UA = 149,6 milioni di km) dalla stella ospite, Beta Pic b attualmente circonda chiaramente il disco tra la stella e la linea della neve, dove il CO avrebbe dovuto essere presente prevalentemente come gas. Supponendo che il risultato fosse corretto, questo risultato indicherebbe che Beta Pic b potrebbe essere migrato attraverso il disco.

Nuovi e migliori risultati con GRAVITY+

Utilizzando GRAVITY+, von Stauffenberg e i suoi collaboratori derivano ora un aggiornamento più preciso sul rapporto di abbondanza di CO nell’atmosfera di Beta Pic b, significativamente superiore al valore precedente.

Curiosamente, il rapporto è coerente con il valore riportato nell’articolo complementare di González Picos et al. (2026), che hanno impiegato uno strumento diverso.

Questo dimostra la qualità dei dati migliorata che GRAVITY+ offre rispetto al suo progetto originale. Il precedente risultato GRAVITY era chiaramente influenzato da incertezze sistemiche.

Inoltre, gli astronomi hanno trovato indizi sottili che i livelli osservati di flusso provenienti dal pianeta variano nel tempo. Nonostante la sua bassa importanza, le variazioni dominanti sembrano essere legate al periodo di rotazione del pianeta di circa 8,7 ore.

Se fosse vero, ciò potrebbe suggerire nuvole o processi chimici nell’atmosfera di Beta Pic b. Tuttavia, sono necessarie osservazioni più sensibili per confermare il risultato.

Antonia von Stauffenberg afferma: “La capacità di vincoli accurati sia gli isotopologi sia la potenziale variabilità rotazionale utilizzando osservazioni a terra di un vero pianeta come Beta Pictoris b dimostra l’eccezionale qualità dei dati ottenuta con lo strumento GRAVITY+ aggiornato.”

Dubbi sull’importanza dei rapporti di abbondanza

Nel progetto proposto per recuperare il luogo di nascita di un gigante gassoso, il nuovo, più preciso rapporto di abbondanza di CO sposta chiaramente Beta Pic b nell’area più calda e interna del disco natale che forma il pianeta, coerente con la posizione attuale del pianeta.

Inoltre, il rapporto corrisponde ampiamente ai valori comunemente riscontrati nel Sistema Solare e nel mezzo interstellare (ISM), che pervade lo spazio tra le stelle nella Via Lattea.

La stragrande maggioranza di circa una dozzina di giovani pianeti gassosi giganti sondati per il rapporto CO mostra valori simili.

Questa coerenza potrebbe in realtà essere una cattiva notizia, perché il rapporto di abbondanza degli isotopi di carbonio non sembra essere così diagnostico quando viene usato come sonda per identificare la distanza di un pianeta dalla sua stella ospite.

La spiegazione più probabile è che qualsiasi potenziale variazione durante la formazione dei pianeti sia troppo piccola per essere rilevata dal metodo proposto.

Questo significa che il rapporto di CO attualmente non è sufficientemente decisivo per dirci qualcosa di specifico sugli ambienti che si formano i singoli pianeti.

Pertanto, è molto probabile che agli astronomi manca alcune fisiche cruciali che governano la chimica del ghiaccio del CO nei dischi che formano i pianeti.

Quindi, il rapporto di CO potrebbe non dirci molto sulle differenze tra ambienti gassosi più miti e il regno freddo e carico di CO, dopotutto.

Per ora, sembra che i giganteschi pianeti gassosi a orbita ampia si rifiutino di rivelare le loro origini. Sono necessari nuovi strumenti in grado di distinguere tra gli scenari di formazione dei pianeti, e GRAVITY+ potrebbe svolgere un ruolo fondamentale nel trovarli e valutarli.