Immagina di essere un contadino alla ricerca di uova nel pollaio, ma anziché trovare un uovo di gallina, trovi un uovo di struzzo, molto più grande di qualsiasi cosa possa deporre una gallina.
È un po’ quello che ha provato un team di astronomi quando ha scoperto il pianeta enorme LHS 3154b, 13 volte più pesante della Terra, attorno a una stella rossa fredda e fioca, nove volte meno massiccia del Sole della Terra, all’inizio di quest’anno.
La stella più piccola, chiamata stella M, non è solo più piccola del Sole nel sistema solare della Terra, ma è anche 100 volte meno luminosa. Una tale stella non dovrebbe avere la quantità necessaria di materiale nel suo disco di formazione planetaria per generare un pianeta così massiccio.
Il cercatore di pianeti della zona abitabile
Negli ultimi dieci anni, il nostro team ha progettato e costruito un nuovo strumento alla Penn State in grado di rilevare la luce proveniente da queste stelle fioche e fredde a lunghezze d’onda oltre la sensibilità dell’occhio umano – nel vicino infrarosso – dove stelle così fredde emettono la maggior parte della loro luce.
Collegato al telescopio Hobby-Eberly da 10 metri nel West Texas, lo strumento, chiamato Habitable Zone Planet Finder, può misurare il sottile cambiamento nella velocità di una stella mentre un pianeta la trascina gravitazionalmente. Questa tecnica, chiamata tecnica Doppler di velocità radiale, è ottima per rilevare esopianeti.
“Esopianeta” è una combinazione delle parole extrasolare e pianeta, quindi il termine si applica a qualsiasi corpo delle dimensioni di un pianeta in orbita attorno a una stella che non è il Sole della Terra.
Trent’anni fa, le osservazioni della velocità radiale di Doppler hanno permesso la scoperta di 51 Pegasi b, il primo esopianeta conosciuto in orbita attorno a una stella simile al Sole. Negli anni successivi, gli astronomi hanno perfezionato questa tecnica. Queste misurazioni sempre più precise hanno un obiettivo importante: consentire la scoperta di pianeti rocciosi nelle zone abitabili, le regioni attorno alle stelle dove può essere sostenuta acqua liquida sulla superficie planetaria.
La tecnica Doppler non ha ancora la capacità di scoprire pianeti nella zona abitabile con la massa della Terra attorno a stelle delle dimensioni del Sole. Ma le fredde e fioche stelle M mostrano una firma Doppler più grande per lo stesso pianeta delle dimensioni della Terra. La minore massa della stella fa sì che venga trascinata maggiormente dal pianeta in orbita. E la minore luminosità porta a una zona abitabile più vicina e a un’orbita più breve, il che rende anche il pianeta più facile da rilevare.
I pianeti attorno a queste stelle più piccole erano i pianeti che il team ha progettato per scoprire con l’Habitable Zone Planet Finder. La nuova scoperta, pubblicata sulla rivista Science, di un enorme pianeta in orbita attorno alla fredda e fioca stella M LHS 3154 è stata una vera sorpresa.
LHS 3154b: Il pianeta che non dovrebbe esistere
I pianeti si formano in dischi composti da gas e polvere. Questi dischi uniscono i granelli di polvere che si trasformano in ciottoli e alla fine si combinano per formare un solido nucleo planetario. Una volta formato il nucleo, il pianeta può attirare gravitazionalmente la polvere solida, così come i gas circostanti come idrogeno ed elio. Ma per farlo con successo sono necessari molta massa e materiali. Questo modo di formare i pianeti è chiamato accrescimento del nucleo.
Una stella di massa così bassa come LHS 3154, nove volte meno massiccia del Sole, dovrebbe avere un disco di formazione planetaria di massa altrettanto piccola.
Un tipico disco attorno a una stella di massa così bassa non dovrebbe semplicemente avere abbastanza materiali solidi o massa per essere in grado di creare un nucleo abbastanza pesante da creare un pianeta del genere. Dalle simulazioni al computer condotte dal team, hanno concluso che un pianeta del genere necessita di un disco almeno 10 volte più massiccio di quanto generalmente ipotizzato dalle osservazioni dirette dei dischi che formano pianeti.
Anche una diversa teoria della formazione dei pianeti, l’instabilità gravitazionale – dove gas e polvere nel disco subiscono un collasso diretto per formare un pianeta – fatica a spiegare la formazione di un pianeta del genere senza un disco molto massiccio.
Pianeti attorno alle stelle più comuni
Le fredde e fioche stelle M sono le stelle più comuni nella nostra galassia. Nella tradizione dei fumetti DC, il mondo natale di Superman, il pianeta Krypton, orbita attorno a una stella nana M.
Gli astronomi sanno, dalle scoperte fatte con Habitable Zone Planet Finder e altri strumenti, che i pianeti giganti in orbite ravvicinate attorno alle stelle M più massicce sono almeno 10 volte più rari di quelli attorno a stelle simili al Sole. E non conosciamo pianeti così massicci in orbite strette attorno alle stelle M meno massicce – fino alla scoperta di LHS 3154b.
Comprendere come si formano i pianeti attorno ai nostri vicini più freddi ci aiuterà a capire sia come si formano i pianeti in generale, sia come si formano ed evolvono i mondi rocciosi attorno ai più numerosi tipi di stelle. Questa linea di ricerca potrebbe anche aiutare gli astronomi a capire se le stelle M sono in grado di ospitare la vita.
