Nebulosa Carina
Potrebbe esserci una rapina planetaria in corso nella regione di formazione stellare NGC 3324 nella Nebulosa Carina. Telescopio NASA/James Webb
  • Categoria dell'articolo:Scienza
  • Ultima modifica dell'articolo:9 Settembre 2022

Il nostro Sole ha un’esistenza piuttosto solitaria nella galassia della Via Lattea. Si trova da solo, a quattro anni luce dalla stella più vicina, con solo il suo sistema planetario a fargli compagnia. Ma non è sempre stato così. Osserviamo quasi esclusivamente giovani stelle in gruppi, i cosiddetti vivai stellari, dove sfiorano i fratelli stellari.

Questi vivai stellari sono luoghi densamente popolati, dove spesso centinaia di migliaia di stelle risiedono nello stesso volume di spazio che il Sole abita da solo. Interazioni violente, in cui le stelle si scambiano energia, si verificano frequentemente, ma non per molto. Dopo qualche milione di anni, i gruppi di stelle si dissolvono, popolando la Via Lattea con più stelle.

Il nostro nuovo articolo, pubblicato negli Avvisi mensili della Royal Astronomical Society, mostra come le stelle massicce in tali vivai stellari possano sottrarsi l’una all’altra i pianeti e quali sono i segni di tale furto.

Quasi immediatamente dopo la nascita delle giovani stelle, i sistemi planetari iniziano a formarsi attorno a loro. Abbiamo avuto prove indirette di questo per più di 30 anni. Le osservazioni della luce delle giovani stelle mostrano un inaspettato eccesso di radiazione infrarossa. Questo è stato (ed è tuttora) spiegato come originato da piccole particelle di polvere (100° di centimetro) in orbita attorno alla stella in un disco di materiale. È da queste particelle di polvere che si formano (alla fine) i pianeti.

Il campo di formazione di stelle e pianeti ha subito una rivoluzione alla fine del 2014, quando le prime immagini di dischi di formazione di pianeti attorno alle stelle sono state viste con il telescopio Atacama Large Millimeter Array (Alma) nel deserto cileno. La prima e le successive immagini di Alma furono a dir poco spettacolari. Molti dei dischi avevano caratteristiche e strutture che possono essere attribuite alla presenza di pianeti completamente formati, simili a Giove.

Immagini di dischi che formano il pianeta.
Le immagini ad alta risoluzione di ALMA di dischi che formano pianeti. Credito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Andrews et al.; N. Pound, CC BY-SA

La formazione del pianeta avviene rapidamente dopo l’inizio della formazione stellare, e certamente mentre la stella sta ancora interagendo con i suoi fratelli nel vivaio stellare. Poiché i pianeti si formano così rapidamente, saranno influenzati dall’ambiente densamente popolato di formazione stellare. I pianeti possono avere le loro orbite alterate, che possono manifestarsi in diversi modi.

Pianeti erranti

A volte, la distanza del pianeta dalla stella ospite diventa più piccola o più grande, ma più spesso c’è un cambiamento nella forma dell’orbita, che di solito diventa meno circolare (più “eccentrica”). Occasionalmente, un pianeta viene liberato dalla sua orbita attorno alla sua stella ospite e diventa “fluttuante” nella regione di formazione stellare, il che significa che non è legato a nessuna stella dalla gravità.

Una frazione significativa di pianeti in formazione libera viene catturata, legandosi gravitazionalmente a una stella diversa da quella attorno alla quale si sono formati. Un numero simile di pianeti viene persino rubato dalla loro orbita – scambiati direttamente tra le stelle senza prima essere fluttuanti.

Studiando questa grande rapina planetaria, abbiamo appreso che i pianeti che si sono formati nelle regioni più popolose di formazione stellare possono essere facilmente catturati o rubati da stelle molto più pesanti del nostro Sole. Le stelle si formano con un’ampia gamma di masse. Il nostro Sole è leggermente insolito in quanto è circa due volte più pesante della stella di massa media nell’universo. Tuttavia, un numero relativamente piccolo di stelle è ancora più pesante e queste stelle di “tipo OB” dominano la luce che vediamo nella Via Lattea (e in altre galassie).

Bestie

Queste stelle massicce sono molto luminose ma hanno una vita molto più breve del Sole e, in alcuni casi, vivono solo per diversi milioni di anni (anziché per miliardi). Potremmo, quindi, non aspettarci di trovare pianeti intorno a loro.

Tuttavia, nel 2021, il B-star Exoplanet Abundance Study (Beast), guidato dai ricercatori dell’Università di Stoccolma, ha scoperto un pianeta in orbita oltre 550 volte la distanza Terra-Sole da una stella che pesa fino a dieci volte la massa del Sole, e un altro pianeta in orbita a 290 volte la distanza Terra-Sole attorno a una stella nove volte la massa del Sole.

La collaborazione Beast ha trovato questi pianeti (“Beasties”) in orbita attorno a stelle nella regione di formazione stellare Sco Cen, che attualmente si sta gradualmente dissolvendo nella Via Lattea. La spiegazione originale avanzata per queste Bestie è che si sono formate proprio come i pianeti giganti gassosi nel nostro Sistema Solare, ma sono più massicci e più lontani perché sono una versione ingrandita del nostro sistema planetario.

Le stelle massicce, tuttavia, emettono abbondanti quantità di radiazioni ultraviolette, che possono far evaporare il gas da cui necessitano la formazione di pianeti giganti come Giove e Saturno. Quindi come fanno le bestie a finire intorno a loro?

Sappiamo dal nostro lavoro precedente che il furto e la cattura di pianeti possono avvenire in regioni popolose di formazione stellare, quindi nelle nostre simulazioni abbiamo cercato pianeti catturati o rubati da stelle massicce.

La nostra nuova spiegazione per le Bestie è che sono finite nelle loro orbite a causa di una rapina planetaria: sono nate attorno ad altre stelle e successivamente sono state catturate o rubate dalle stelle massicce. Questi sistemi planetari sono solitamente su orbite ampie (almeno 100 Terra-Sole) e sono altamente eccentrici, molto diversi dai pianeti circolari e ravvicinati del nostro Sistema Solare, che pensiamo si siano formati lì.

Forse c’è un pianeta catturato nel nostro Sistema Solare – l’elusivo e ipotetico Pianeta 9 – ma Giove e gli altri pianeti giganti si sono formati attorno al nostro Sole.

Le nostre simulazioni al computer sembrano anche prevedere la frequenza di questi sistemi (uno o due per regione di formazione stellare) e le caratteristiche orbitali delle Beasties. Le osservazioni future faranno più luce sull’origine di questi pianeti, ma per ora rappresentano l’ennesima scoperta entusiasmante nel campo della scienza degli esopianeti.

Autore

Richard Parker, Università di Sheffield