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Building planetary systems: linking architectures with formation

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Sistemi di esopianeti, una complessità maggiore di quanto si pensasse

Gli esopianeti, ovvero i pianeti che si trovano al di là del nostro sistema solare, sono stati scoperti per la prima volta negli anni Novanta; mentre la maggior parte di essi orbita intorno a una stella, ve ne sono alcuni erranti. Attingendo a nuove osservazioni, BuildingPlanS getta luce sulla varietà delle configurazioni orbitali di questi sistemi planetari.

Spazio

Sebbene siano stati individuati migliaia di esopianeti, per lo più ciò è avvenuto in una regione relativamente contenuta all’interno della nostra galassia. Grazie a tecniche di rilevamento migliorate, le scoperte potrebbero decuplicare entro un decennio, svelando una più elevata quantità di informazioni sulle configurazioni orbitali, o «architetture planetarie», di tali corpi celesti. Per Richard Alexander del progetto BuildingPlanS, «Praticamente qualsiasi architettura planetaria che si possa immaginare esiste da qualche parte e la maggioranza di esse non assomiglia affatto al nostro sistema solare!» Ma quali sono i fattori che determinano queste architetture? BuildingPlanS, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, ha approfondito le modalità di formazione degli esopianeti e il modo in cui esse influenzano le architetture odierne. «Abbiamo usufruito di nuove osservazioni astronomiche che ci hanno chiarito come questi sistemi celino più di quanto si pensasse in precedenza. Ad esempio, in passato si riteneva che i dischi che danno origine ai pianeti fossero piani e privi di formazioni particolari, ma sono invece altamente strutturati e dotati di anelli, aperture o spirali», afferma Alexander, docente di astrofisica teorica presso l’Università di Leicester, l’organizzazione che ospita il progetto.

Architetture planetarie a ingegneria inversa

I pianeti si formano in dischi ricchi di gas intorno a stelle giovani, ma in seguito a tale formazione l’interazione tra di essi e questi dischi «genitori» provoca la migrazione dei pianeti in orbite diverse. «L’inizio della formazione dei pianeti (i dischi protoplanetari) e i prodotti finali sono osservabili, ma la maggior parte di quello che si verifica nel mentre continua a non esserlo. Ciò è causato dalle scale temporali coinvolte e dal fatto che i materiali intermedi, in sostanza rocce di grandi dimensioni, non emettono alcuna luce a noi visibile», spiega Alexander. BuildingPlanS ha sviluppato modelli computazionali per simulare questo processo intermedio, per lo più modelli idrodinamici di pianeti e dischi di gas e polvere, avvalendosi sia di codici pubblici di simulazione, in particolare quello di PHANTOM, sia del software del team. Gli input di dati sono giunti da osservatori quali ALMA, l’enorme telescopio dell’Osservatorio europeo australe e il telescopio Hubble. La squadra ha fissato i parametri iniziali dei dischi, come la massa, la misura spaziale e la temperatura, nonché le orbite e le proprietà delle stelle e dei pianeti, per poi simulare l’evoluzione dei sistemi planetari. Gli scienziati hanno quindi effettuato una «post-elaborazione» mediante lo svolgimento di calcoli del trasferimento radiativo al fine di scoprire come sarebbero apparsi al telescopio. BuildingPlanS ha tratto vantaggio da nuovi dati ricavati dall’osservatorio ALMA che hanno indicato la presenza di tipologie di esopianeti di cui non si conosceva l’esistenza, il che ha portato a un primo risultato chiave in merito ai sistemi planetari della stella T Tauri Elias 24. Il team ha messo in evidenza che la sua struttura a disco osservata è probabilmente dovuta a un pianeta gigante nel disco esterno, al di là di Nettuno. Altri risultati hanno riguardato i dischi disallineati, ovvero dischi che non si limitano a un unico piano. «All’inizio del progetto la maggior parte delle persone considerava tali corpi una fantasia, ma il nostro lavoro dimostra che sono in realtà relativamente comuni», sottolinea Alexander. Un ramo della ricerca è stato costituito da un lavoro sul sistema HD143006. I modelli del team suggeriscono che sia un unico pianeta in orbita intorno a due stelle. In questo caso, l’orbita delle stelle l’una intorno all’altra non è allineata con quella del pianeta; se quest’ipotesi fosse confermata, si tratterebbe del primo esempio noto di un cosiddetto «pianeta circumbinario disallineato».

Un mondo nuovo

I risultati del progetto hanno consentito ad Alexander di trarre due insegnamenti di portata generale per fornire informazioni utili ai futuri sforzi in questo campo. In primo luogo, la polvere è molto importante per la prima fase dell’evoluzione dei sistemi planetari. Come osserva Alexander, «Non rappresenta solamente l’elemento costitutivo dei pianeti, ma influenza effettivamente in modo diretto l’evoluzione del disco gassoso.» In secondo luogo, anche l’ambiente dei sistemi planetari è di vitale importanza, il che significa che i ricercatori potrebbero lasciarsi sfuggire effetti cruciali se studiano i sistemi in modo isolato per semplificare le analisi. Guardando al futuro, Alexander conclude: «Ritengo che i più grandi passi in avanti arriveranno ora da nuove osservazioni, e in particolare da quelle effettuate mediante il telescopio spaziale James Webb, con il quale il nostro team collabora grazie, in parte, al progetto BuildingPlanS.»

Parole chiave

BuildingPlanS, pianeta, gas, disco, ALMA, osservatori, sistema solare, stelle, orbite, simulazione

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