I ricercatori dello Space Telescope Science Institute, del Goddard Space Flight Center e di altre istituzioni hanno individuato quelli che sembrano essere due pianeti giganti che orbitano attorno a due nane bianche in due sistemi diversi. La loro ricerca è stata intitolata ” JWST Directly Images Giant Planet Candidates Around Two Metal-Polluted White Dwarf Stars”. L’autrice principale è Susan Mullally, vice scienziata del progetto JWST.
Perché i due pianeti giganti sono così importanti
In linea teorica è stato dimostrato che gli esopianeti dovrebbero esistere attorno alle nane bianche. I pianeti esterni oltre la fascia degli asteroidi nel nostro Sistema Solare dovrebbero sopravvivere alla transizione della loro stella dalla sequenza principale a gigante rossa a nana bianca.
Le stelle all’interno di questo limite verranno tuttavia inghiottite dalla gigante rossa mentre si espande. Nel nostro Sistema Solare, il Sole probabilmente inghiottirà completamente o distruggerà e distruggerà Mercurio, Venere e la Terra e forse anche Marte.
I pianeti che sopravvivono probabilmente si allontaneranno ulteriormente dalla stella poiché la stella perde massa e la sua gravità si indebolisce durante la fase in cui si trasforma in gigante rossa. Ma il problema è che è difficile individuare i pianeti giganti attorno alle nane bianche. Nonostante gli studi mirati, gli astronomi hanno trovato solo pochi oggetti di massa planetaria in orbita attorno alle nane bianche.
Allo stato attuale, Mullally e i suoi colleghi hanno trovato due pianeti giganti candidati attorno alle nane bianche: si trovano a circa 11,5 e 34,5 UA dalle loro stelle, che hanno rispettivamente 5,3 e 1,6 miliardi di anni. Se i pianeti giganti sono vecchi quanto le stelle, la fotometria MIRI mostra che i pianeti hanno tra 1 e 7 masse gioviane. Potrebbero essere falsi positivi, ma c’è solo una possibilità su 3.000 che sia effettivamente così.
“Se confermati, questi sarebbero i primi pianeti fotografati direttamente che sono simili sia per età che per separazione ai pianeti giganti del nostro sistema solare, e dimostrerebbero che
pianeti giganti ampiamente separati come Giove sopravvivono all’evoluzione stellare“, hanno spiegato gli astronomi coinvolti nello studio.
Se i ricercatori hanno ragione e i pianeti giganti si sono formati contemporaneamente alle stelle, questo rappresenta un passo importante nella nostra comprensione degli esopianeti e delle stelle attorno a cui orbitano. Potrebbe anche avere implicazioni per la vita su eventuali lune che potrebbero orbitare attorno ad essi, ma questa scoperta si collega ad un altro problema con le nane bianche: la loro metallicità.
Alcune nane bianche sembrano essere inquinate da metalli, elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio. Gli astronomi pensano che questi metalli provengano da asteroidi perturbati e inviati nella nana bianca dai pianeti giganti: “La conferma di questi due pianeti candidati con le future immagini MIRI fornirebbe la prova che collega direttamente i pianeti giganti all’inquinamento da metalli nelle stelle nane bianche”, hanno spiegato i ricercatori.
Gli astronomi hanno scoperto che fino al 50% delle nane bianche isolate con atmosfere di idrogeno contengono metalli nelle loro fotosfere, lo strato superficiale delle stelle. Queste nane bianche devono accumulare attivamente metalli dall’ambiente circostante. La fonte preferita di questi metalli sono gli asteroidi e le comete: “In questo scenario, i pianeti che sopravvivono alla fase di gigante rossa perturbano occasionalmente le orbite di asteroidi e comete, che poi cadono verso le nane bianche”.
Gli astronomi hanno faticato a trovare pianeti giganti attorno alle nane bianche. I principali metodi per trovare i pianeti non sono molto efficaci attorno alle nane bianche. Il metodo di transito utilizzato da Keplero e TESS è inefficace perché i WD sono così piccoli e deboli.
L’altro metodo riguarda la velocità radiale, che percepisce come una stella oscilla a causa dell’influenza di un pianeta. Misura il cambiamento nello spettro della stella dovuto all’oscillazione.
Le nane bianche tuttavia hanno spettri quasi privi di caratteristiche, rendendo difficile rilevare i cambiamenti radiali, ma ora abbiamo il JWST, ovvero il James Webb Space Telescope, un telescopio spaziale a raggi infrarossi: “Le capacità a infrarossi di JWST offrono un’opportunità unica per acquisire direttamente immagini di pianeti giganti in orbita
attorno alle nane bianche vicine”.
Il JWST è abbastanza potente da fotografare direttamente pianeti giganti attorno a piccole stelle senza utilizzare un coronografo, purché i pianeti siano sufficientemente lontani dalla stella: “Sfruttando la straordinaria risoluzione di JWST, è possibile acquisire direttamente un’immagine di un pianeta a poche UA dalle vicine WD senza l’uso di un coronografo”, hanno specificato Mullally e i suoi colleghi.
Parte della ricerca è stata identificare le sorgenti puntiformi. In astronomia, una sorgente puntiforme è una singola sorgente di luce identificabile. Il suo opposto è una fonte risolta o una fonte estesa.
I ricercatori hanno voluto essere sicuri che quello che hanno individuato attorno alle nane bianche siano sorgenti puntiformi, che in questo caso sono per lo più probabilmente pianeti: “Ci aspettiamo che appaiano come sorgenti puntiformi che aumentano di luminosità a lunghezze d’onda maggiori“, hanno chiarito.
Per determinare se quello che hanno visto sono sorgenti puntiformi, gli astronomi hanno utilizzato un processo chiamato imaging differenziale di riferimento: si tratta di un procedimento complesso, ma sostanzialmente comporta la sottrazione delle fonti dalle immagini ed è particolarmente efficace nel trovare pianeti vicini alle stelle.
il team ha lavorato con le immagini, sottraendo sia la nana bianca che i pianeti candidati e identificando i pianeti come sorgenti puntiformi: “In entrambi i casi, il candidato viene rimosso in modo netto, indicando che è di natura puntiforme“. I ricercatori hanno esaminato quattro nane bianche separate e solo due di loro sono caratterizzate da due pianeti giganti.
“Se confermati, i due pianeti fornirebbero prove osservative concrete del fatto che i pianeti giganti esterni come Giove sopravvivono all’evoluzione di stelle di piccola massa”. La conferma sosterrebbe anche l’idea che il 25%-50% delle nane bianche ospitano grandi pianeti.
Questi risultati tuttavia purtroppo non possono rispondere a un’altra domanda: i pianeti giganti sono responsabili dell’invio di detriti sulla superficie delle nane bianche?
“La conferma di questi pianeti non è, tuttavia, sufficiente per convalidare pienamente che i pianeti giganti di grande massa siano il motore dell’accrescimento senza ulteriori osservazioni”, hanno concluso Mullally e i suoi collaboratori.
