Un team internazionale guidato dall’Università di Ginevra, dall’UNIBE e da PlanetS ha dimostrato che esistono due popolazioni distinte di sub-Nettuni, ponendo fine a un dibattito che ha agitato la comunità scientifica.
ESO/L. Calçada/ spaceengine.orgLa maggior parte delle stelle della nostra galassia ospita pianeti. I più abbondanti sono i subnettuni, pianeti di dimensioni comprese tra la Terra e Nettuno. Il calcolo della loro densità pone un problema agli scienziati: a seconda del metodo utilizzato per misurare la loro massa, gli astronomi sono riusciti a identificare due popolazioni, quella densa e quella meno densa. Ciò è dovuto a un pregiudizio osservativo o all’esistenza fisica di due distinte popolazioni di sub-Nettuni? Un recente lavoro del NCCR PlanetS, dell’Università di Ginevra e dell’Università di Berna (UNIBE) sostiene la seconda ipotesi. Per saperne di più, consultare la rivista Astronomy & Astrophysics.
Gli esopianeti sono abbondanti nella nostra Galassia. I più comuni sono quelli compresi tra il raggio della Terra (circa 6.400 km) e quello di Nettuno (circa 25.000 km), noti come "sub-Nettuni". Si stima che il 30-50% delle stelle simili al Sole contenga almeno un subnettuno.
Il calcolo della densità di questi pianeti pone un problema agli scienziati. Per stimarla, dobbiamo prima misurare la loro massa e il loro raggio. Il problema è che i pianeti la cui massa è misurata con il metodo TTV(Transit-Timing Variation) sono meno densi dei pianeti la cui massa è misurata con il metodo della velocità radiale, l’altro possibile metodo di misurazione.
Il metodo TTV prevede la misurazione delle variazioni dei tempi di transito. Le interazioni gravitazionali tra i pianeti dello stesso sistema modificheranno leggermente il momento in cui i pianeti passano davanti alla loro stella", spiega Jean-Baptiste Delisle, collaboratore scientifico del Dipartimento di Astronomia della Facoltà di Scienze dell’Università di Ginevra e coautore dello studio. Il metodo della velocità radiale consiste nel misurare le variazioni di velocità della stella indotte dalla presenza del pianeta intorno ad essa".
escludendo qualsiasi pregiudizio
Un team internazionale di astronomi guidato da scienziati dell’NCCR PlanetS, dell’Università di Ginevra e dell’UNIBE ha pubblicato uno studio che spiega questo fenomeno. Non è dovuto a pregiudizi di selezione o di osservazione, ma a ragioni fisiche. La maggior parte dei sistemi misurati con il metodo TTV sono in risonanza", spiega Adrien Leleu, professore assistente presso il Dipartimento di Astronomia della Facoltà di Scienze dell’Università di Ginevra e autore principale dello studio.
Due pianeti sono in risonanza quando il rapporto tra i loro periodi orbitali è un numero razionale. Ad esempio, quando un pianeta compie due orbite intorno alla sua stella, un altro pianeta ne compie esattamente una. Se più pianeti sono in risonanza, si parla di una catena di risonanze di Laplace. Ci siamo quindi chiesti se esistesse un legame intrinseco tra la densità e la configurazione orbitale risonante di un sistema planetario", continua il ricercatore.
Per stabilire il legame tra densità e risonanza, gli astronomi hanno dovuto innanzitutto escludere qualsiasi distorsione nei dati, selezionando rigorosamente i sistemi planetari per l’analisi statistica. Ad esempio, un pianeta grande e di bassa massa rilevato in transito richiede più tempo per essere rilevato nelle velocità radiali. Questo aumenta il rischio che le osservazioni vengano interrotte prima che il pianeta sia visibile nei dati di velocità radiale e quindi prima che si possa stimare la sua massa.
Questo processo di selezione porterebbe a un pregiudizio in letteratura a favore di masse e densità più elevate per i pianeti caratterizzati con il metodo della velocità radiale. Senza misurazioni delle loro masse, i pianeti meno densi sarebbero stati esclusi dalle nostre analisi", spiega Adrien Leleu.
Una volta effettuata questa pulizia, gli astronomi sono stati in grado di determinare, mediante test statistici, che la densità dei subnettuni è inferiore nei sistemi risonanti rispetto alle loro controparti nei sistemi non risonanti, indipendentemente dal metodo utilizzato per determinare la loro massa.
Una questione di-------
Gli scienziati suggeriscono diverse possibili spiegazioni per questo legame, tra cui i processi coinvolti nella formazione dei sistemi planetari. Il percorso favorito dallo studio prevede che tutti i sistemi planetari convergano verso uno stato di catena di risonanza nei primi momenti della loro esistenza, ma solo il 5% rimane stabile. Il restante 95% diventa instabile. La catena di risonanza si rompe, dando luogo a una serie di "catastrofi", come le collisioni tra pianeti. I pianeti si fondono tra loro, aumentando la loro densità prima di stabilizzarsi in orbite non risonanti.
Questo processo genera quindi due popolazioni ben distinte di subnettuni, quelli densi e quelli meno densi. I modelli numerici di formazione ed evoluzione dei sistemi planetari che abbiamo sviluppato a Berna negli ultimi due decenni riproducono esattamente questa tendenza: i pianeti in risonanza sono meno densi. Questo studio conferma anche che la maggior parte dei sistemi planetari è stata teatro di collisioni giganti, simili o addirittura più violente di quella che ha dato origine alla nostra Luna", conclude Yann Alibert, professore presso la Divisione di Ricerca Spaziale e Scienze Planetarie (WP) e co-direttore del Centro per lo Spazio e l’Abitabilità dell’UNIBE, co-autore dello studio.
