Nelle vicinanze di una stella si possono trovare tutti i tipi di pianeti. Alcuni di questi sono giganti gassosi delle dimensioni di Giove o Saturno, altri sono pianeti delle dimensioni di Mercurio, altri ancora sono pianeti rocciosi più grandi della Terra. Pochissimi, tuttavia, sono giganti gassosi delle dimensioni di Nettuno.
Gli astronomi chiamano questa anomalia “deserto nettuniano”. Volendo darne una definizione, potremmo parlare di deserto nettuniano come di quella regione attorno a una stella dove non si trovano – o si trovano pochi – pianeti simili a Nettuno. Questo deserto lo vediamo chiaramente se visualizziamo tutti i pianeti scoperti finora, oltre cinquemila, in un grafico di distribuzione che mette in relazione il raggio planetario in funzione del periodo orbitale: il diagramma mostrerà una nuvola di puntini, i pianeti, frammista a un’area – corrispondente a valori di raggio compreso tra 3 e 10 volte quello della Terra e periodi orbitali inferiori a 3 giorni – pressoché vuota di questi corpi celesti: il deserto nettuniano, appunto.
Distribuzione di esopianeti vicini in funzione del loro raggio e periodo orbitale. Crediti: V. Bourrier et al., Astronomy and Astrophysics, 2023
Ma come spiegare la sua esistenza? È possibile che la rarità di nettuniani al suo interno dipenda dal loro peculiare meccanismo di formazione e migrazione planetaria? Un team di scienziati guidati dall’Università di Ginevra e dal National Centres of Competence in Research ha provato a rispondere a questa domanda osservando un campione di pianeti, appartenenti a vari sistemi planetari, situati in una regione attorno alle rispettive stelle chiamata dai ricercatori “savana”: un’area contenente mondi che si ritiene popolassero il deserto nettuniano, e che è dunque un obiettivo ideale per studiare quali processi siano alla base della sua origine.
«La distribuzione dei pianeti vicino alle loro stelle è modellata da una complessa interazione tra processi atmosferici e dinamici, come ad esempio il moto dei pianeti nel tempo», dice Vincent Bourrier dell’Università di Ginevra, primo autore dell’articolo, pubblicato su Astronomy and Astrophysics, che descrive la ricerca. «Oggi abbiamo diverse ipotesi per spiegare questo deserto ma nulla è ancora certo, e il mistero rimane».
Più in dettaglio, nello studio i ricercatori hanno osservato quattordici pianeti situati nella “savana”. Lo hanno fatto utilizzando una suite di telescopi spaziali, i cui dati sono stati poi combinati con quelli ottenuti da Terra dagli strumenti Harps e Harps-North, due spettrografi realizzati dall’Università di Ginevra e montati rispettivamente sul telescopio da 3.6 metri dell’Eso, in Cile, e sul telescopio nazionale Galileo (Tng) dell’Inaf, alle Canarie.
L’obiettivo della ricerca – condotta nell’ambito del progetto Dream (Desert-Rim Exoplanets Atmosphere and Migration) – era determinare per ciascuno di questi pianeti l’architettura orbitale, cioè il modo in cui l’orbita è orientata rispetto all’asse di rotazione della stella. Questa informazione è molto importante: permette infatti di distinguere tra i due principali processi che portano un gigante gassoso dal suo luogo di nascita – oltre la “linea del ghiaccio”, dove c’è molta abbondanza di gas per la loro formazione – alla destinazione finale: la migrazione guidata dal disco (disk-driven migration) e la migrazione ad alta eccentricità (high eccentricity migration). Il primo processo, che avviene per interazione tra il pianeta e il disco protoplanetario (la struttura di gas e polveri di forma discoidale che orbita attorno alle stelle nelle prime fasi della loro vita) è un tipo di migrazione planetaria “quieta”, a seguito della quale i pianeti si sistemano molto vicino alle loro stelle, verosimilmente all’interno del deserto nettuniano, e su orbite co-planari al piano equatoriale dell’astro. Il secondo processo, più “turbolento”, porta i pianeti più lontano e produce orbite più inclinate, cioè disallineate rispetto al piano equatoriale della stella.
I risultati ottenuti dai ricercatori mostrano che la maggior parte dei pianeti del campione ha un’orbita disallineata rispetto all’equatore stellare, il che significa che questi mondi hanno subito un processo di migrazione turbolenta. «Abbiamo scoperto che tre quarti di questi pianeti hanno un’orbita polare, ruotano cioè sopra i poli della loro stella», spiega Bourrier. «Ciò riflette il ruolo dei processi di migrazione turbolenti nella formazione del deserto nettuniano».
Il percorso per comprendere tutti i meccanismi coinvolti nella formazione del deserto dei nettuniani è ancora lungo, concludono i ricercatori. È necessario esplorare i pianeti più piccoli ai margini del deserto, oggi difficilmente accessibili anche con strumenti di ultima generazione come lo spettrografo Espresso. Per farlo bisognerà attendere il commissioning – cioè il collaudo – del più grande telescopio che sia mai stato costruito: l’Extremely Large Telescope (Elt), previsto per il 2027.
Per saperne di più:
- Leggi su Astronomy and Astrophysics l’articolo “DREAM I. Orbital architecture orrery” di , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , e