Rappresentazione artistica delle linee di campo magnetico lungo il disco protoplanetario di un sistema in formazione. Crediti: Jean Favre Cscs
Alla data di oggi, 12 febbraio 2021, i pianeti extrasolari attualmente scoperti sono 4679. Non male per una tipologia di oggetti la cui lista nel 1995 contava zero affiliati. Ma non dobbiamo immaginarci l’astronomo che li osserva col cannocchiale come faceva Galileo ai primi del ‘600. La ricerca di esopianeti, almeno per ora, avviene infatti perlopiù (ma non solo) in modo indiretto, ovvero tramite la misurazione di variazioni di posizione o di luminosità delle stelle madri, perché con le attuali tecnologie gli esopianeti – tranne rarissime eccezioni – non riusciamo ancora a vederli. Sono semplicemente troppo piccoli.
Tuttavia anche i dati indiretti ci hanno consentito di poterne distinguere alcune categorie, da quelli medio-piccoli e rocciosi come le super-Terre fino ai giganti bollenti come i nettuniani o i gioviani caldi. Questa conoscenza è dovuta non solo alle osservazioni ma anche al contributo di modelli computerizzati con cui gli scienziati studiano la formazione dei pianeti e, in base ai pochi dati conosciuti, ne generano automaticamente forma e dimensioni. Ciò che finora ha dato più filo da torcere a questi modelli è stata la distribuzione delle masse degli esopianeti. La maggior parte di quelli sinora scoperti è infatti ricaduta nella categoria di massa intermedia, ovvero pianeti con massa che va da diverse volte quella terrestre fino ad arrivare a masse all’incirca equivalenti a quella di Nettuno. Un gruppo di scienziati delle università di Zurigo e Cambridge, associati allo Swiss Nccr PlanetS, ha ora proposto una spiegazione alla prevalenza di questa categoria intermedia, supportata da simulazioni computerizzate più complete rispetto alle precedenti. I risultati sono stati pubblicati ieri su Nature Astronomy.
Gli scienziati svizzeri hanno preso in considerazione – come forze presenti nei loro modelli di dischi planetari – non solo la gravità ma anche le interazioni magnetiche, comprese quelle su piccola scala, ovvero fenomeni di magnetismo locale che potrebbero aver avuto un ruolo determinante nella costituzione della massa dei pianeti.
«Quando i pianeti si formano dal cosiddetto disco protoplanetario di gas e polveri», spiega Lucio Mayer dell’università di Zurigo, coautore dello studio, «le instabilità gravitazionali potrebbero essere il meccanismo trainante». In questo processo, polvere e gas nel disco si aggregano a causa della gravità e formano dense strutture a spirale. Queste poi crescono a formare i mattoni da costruzione planetari e alla fine i pianeti veri e propri. La scala su cui si verifica questo processo è molto ampia, arrivando a coprire l’intero disco protoplanetario. «Ma su distanze più brevi, sulla scala dei singoli pianeti», continua Mayer, «domina un’altra forza: quella dei campi magnetici che si sviluppano con essi». Questi campi magnetici agitano il gas e la polvere del disco, influenzando così la formazione dei pianeti.
«Per avere un quadro completo del processo di formazione planetaria, è quindi importante non solo simulare la struttura a spirale su larga scala nel disco. Devono essere inclusi anche i campi magnetici su piccola scala attorno ai mattoni planetari in crescita», osserva Hongping Deng, primo autore dello studio, ex dottorando di Mayer e ora ricercatore all’università di Cambridge.
Tuttavia, la diversa natura della gravità e del magnetismo, oltre che le grandi differenze di scala tra le zone locali e la globalità del disco, rendono queste due forze molto difficili da integrare nello stesso modello. I ricercatori svizzeri sono riusciti in questa difficile alchimia dapprima con uno studio teorico molto solido che potesse fornire una base sicura. Questi dati sono poi stati integrati nella scrittura di un nuovo codice di calcolo appositamente studiato per simulare la difficile interazione tra gravità globale e magnetismo locale. L’operazione, per via dell’immenso numero di calcoli necessari, non poteva essere fatta con calcolatori normali, per cui è stato utilizzato il calcolatore attualmente considerato come il più potente d’Europa: il “Piz Daint”, dal nome da una cima delle Alpi Svizzere, operativo presso il Centro nazionale svizzero di supercalcolo (Cscs).
Contro ogni previsione, al momento giusto tutti i pezzi sono andati a posto, consentendo così di arrivare a una svolta. «Con il nostro modello, siamo stati in grado di dimostrare per la prima volta che i campi magnetici rendono difficile per i pianeti in crescita continuare ad accumulare massa oltre una certa soglia. Di conseguenza, i pianeti giganti diventano più rari e i pianeti di massa intermedia molto più frequenti, in sintonia con quanto osserviamo nella realtà», dice Hongping Deng.
«Questi risultati sono solo un primo passo, ma mostrano chiaramente l’importanza di tenere conto di più processi fisici nelle simulazioni di formazione dei pianeti», conclude Ravit Helled, coautrice dello studio. «Il nostro studio aiuta a comprendere potenziali percorsi per la formazione di pianeti di massa intermedia che sono molto comuni nella nostra galassia».
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Astronomy l’articolo “Formation of intermediate-mass planets via magnetically controlled disk fragmentation”, di Hongping Deng, Lucio Mayer e Ravit Helled
Guarda l’animazione sul canale YouTube dell’Nccr PlanetS: