Un legame compositivo tra un pianeta e la rispettiva stella ospite è stato a lungo ipotizzato in astronomia. Per la prima volta, un team di scienziati fornisce prove empiriche a sostegno dell’ipotesi e in parte la contraddice allo stesso tempo.
Stelle e pianeti sono formati dallo stesso gas e polvere cosmici. Nel corso del processo di formazione, parte del materiale si condensa e forma pianeti rocciosi, il resto viene accumulato dalla stella o diventa parte dei pianeti gassosi. L’ipotesi di una connessione tra la composizione delle stelle e i loro pianeti è quindi ragionevole ed è confermata, ad esempio, nel sistema solare dalla maggior parte dei pianeti rocciosi (ad eccezione di Mercurio). Tuttavia, le ipotesi, soprattutto in astrofisica, non sempre si dimostrano vere. Uno studio condotto dall’Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) in Portogallo, che coinvolge anche ricercatori del NCCR PlanetS dell’Università di Berna e dell’Università di Zurigo, pubblicato sulla rivista Science, fornisce la prima evidenza empirica di questa ipotesi, e allo stesso tempo la contraddice parzialmente.
Stella condensata contro pianeta roccioso
Per determinare se le composizioni delle stelle e dei loro pianeti sono correlate, il team ha confrontato misurazioni molto precise di entrambi. Per le stelle è stata misurata la loro luce emessa, che reca la caratteristica impronta spettroscopica della loro composizione. La composizione dei pianeti rocciosi è stata determinata indirettamente: la loro densità e composizione sono state derivate dalla massa e dal raggio misurati. Solo di recente sono stati misurati abbastanza pianeti in modo così preciso da rendere possibili indagini significative di questo tipo.
“Ma poiché le stelle e i pianeti rocciosi sono di natura molto diversa, il confronto della loro composizione non è semplice“, ha affermato Christoph Mordasini, coautore dello studio, docente di astrofisica all’università di Berna e membro del NCCR PlanetS.
“Invece, abbiamo confrontato la composizione dei pianeti con una versione teorica e raffreddata della loro stella. Mentre la maggior parte del materiale della stella, principalmente idrogeno ed elio, rimane come un gas quando si raffredda, una piccola frazione si condensa, costituita da roccia e formazione di materiali come ferro e silicato”, spiega Christoph Mordasini.
Dal 2003 all’Università di Berna il “Modello bernese della formazione e dell’evoluzione dei pianeti” viene costantemente sviluppato. Christoph Mordasini afferma che “le intuizioni sui molteplici processi coinvolti nella formazione e nell’evoluzione dei pianeti sono integrate nel modello”. Utilizzando questo modello di Berna, i ricercatori sono stati in grado di calcolare la composizione di questo materiale che forma la roccia della stella raffreddata. “Lo abbiamo poi confrontato con i pianeti rocciosi”, afferma Christoph Mordasini.
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“I nostri risultati mostrano che le nostre ipotesi sulla composizione di stelle e pianeti non erano fondamentalmente sbagliate: la composizione dei pianeti rocciosi è infatti intimamente legata alla composizione della loro stella ospite. Tuttavia, la relazione non è così semplice come ci aspettavamo”, ha affermato l’autore principale di lo studio e ricercatore presso l’IA, Vardan Adibekyan. Quello che gli scienziati si aspettavano era che l’abbondanza di questi elementi nella stella fissasse il limite massimo possibile. “Eppure per alcuni dei pianeti, l’abbondanza di ferro nel pianeta è persino superiore a quella della stella“ ha affermato Caroline Dorn, co-autrice dello studio e membro del NCCR PlanetS nonché Ambizione Fellow presso l’Università di Zurigo. “Ciò potrebbe essere dovuto a impatti giganteschi su questi pianeti che rompono alcuni dei materiali esterni più leggeri”.
“I risultati di questo studio sono anche molto utili per vincolare le composizioni planetarie che si assumono in base alla densità calcolata dalle misurazioni di massa e raggio”, ha spiegato Christoph Mordasini. “Dal momento che più di una composizione può adattarsi a una certa densità, i risultati del nostro studio ci dicono che possiamo restringere le potenziali composizioni, in base alla composizione della stella ospite”, ha affermato Mordasini. E poiché l’esatta composizione di un pianeta influenza, ad esempio, quanto materiale radioattivo contiene o quanto è forte il suo campo magnetico, può determinare se il pianeta è favorevole alla vita o meno.
“Modello di Berna di formazione ed evoluzione del pianeta”
È possibile fare affermazioni su come si è formato un pianeta e su come si è evoluto utilizzando il “Modello di Berna di formazione ed evoluzione del pianeta”. Il modello di Berna è stato continuamente sviluppato presso l’Università di Berna dal 2003. Nel modello sono integrati approfondimenti sui molteplici processi coinvolti nella formazione e nell’evoluzione dei pianeti. Questi sono, ad esempio, sottomodelli di accrescimento (crescita del nucleo di un pianeta), o di come i pianeti interagiscono gravitazionalmente e si influenzano a vicenda, e di processi nei dischi protoplanetari in cui si formano i pianeti. Il modello viene utilizzato anche per creare le cosiddette sintesi di popolazione, che mostrano quali pianeti sviluppano la frequenza in determinate condizioni in un disco protoplanetario.
