TRAPPIST-1: quanto può diventare piatto un sistema planetario?

Il sistema planetario TRAPPIST-1 è costituito da sette pianeti delle dimensioni della Terra che orbitano attorno a una piccola stella (una massa di sole 0,09 masse solari) a circa quaranta anni luce dal Sole. 

Le osservazioni di follow-up con la camera IRAC su Spitzer e la missione K2, tra le altre, hanno ormai determinato le masse dei pianeti del sistema Trappist-1 con precisioni tra il 5-12% e affinato altre proprietà del sistema. 

I pianeti del nostro sistema solare orbitano tutti intorno al Sole più o meno sullo stesso piano. Rispetto all’orbita terrestre, che definisce il piano a zero gradi, l’orbita con l’angolo maggiore è quella di Mercurio la cui inclinazione è di 7 gradi (l’angolo dell’orbita del pianeta nano Plutone è di 17,2 gradi). 

Le caratteristiche orbitali dei pianeti evolvono quando il disco protoplanetario di gas e polvere si dissipa e gli stessi pianeti giovani migrano nel disco in risposta alle loro reciproche influenze gravitazionali e agli effetti del materiale nel disco. Gli astronomi riconoscono quindi che l’aspetto orbitale di un sistema planetario riflette la sua storia evolutiva.

Il sistema planetario TRAPPIST-1

Sorprendentemente, il sistema Trappist-1 è di gran lunga il più piatto conosciuto: la sua inclinazione orbitale è di soli 0,072 gradi. Questa estrema planarità è potenzialmente un vincolo molto importante per la formazione e l’evoluzione del sistema. Il sistema è anche molto compatto con il più distante dei suoi sette pianeti che orbitano a sole 0,06 unità astronomiche dalla stella (nel nostro sistema solare, Mercurio orbita più di cinque volte più lontano).

Gli astronomi CfA Matthew Heising, Dimitar Sasselov, Lars Hernquist e Ana Luisa Tió Humphrey hanno utilizzato la simulazione computerizzata 3D del disco gassoso e dei pianeti per studiare una serie di possibili modelli di formazione, inclusi alcuni suggeriti in studi precedenti. Sapendo che il disco protostellare gassoso influenza le proprietà di migrazione dei pianeti, gli scienziati erano anche particolarmente interessati a esplorare quale avrebbe potuto essere la massa minima del disco per il sistema TRAPPIST-1. Hanno adattato il codice informatico AREPO, che è stato utilizzato con successo in passato principalmente per simulazioni cosmologiche.

Gli astronomi hanno concluso che, in accordo con alcune speculazioni precedenti, i sette pianeti probabilmente si sono formati in sequenza, ciascuno inizialmente ad una distanza dalla stella dove la temperatura scende abbastanza da far congelare l’acqua, migrando, poi, verso l’interno, crescendo lentamente lungo la strada e fermandosi quando la sua orbita è stata opportunamente influenzata dalla presenza degli altri pianeti. 

E’ richiesta solo una modesta massa del disco, circa 0,04 masse solari, con i modelli che si occupano anche della distribuzione del materiale all’interno del disco, e inoltre gli astronomi possono escludere masse del disco più di una quindicina di volte questo valore. 

Il nuovo lavoro dimostra come le simulazioni dei sistemi planetari possono essere utilizzate per dedurre notevoli dettagli su come si sono formati e si sono evoluti.

La ricerca è stata pubblicata su The Astrophysical Journal.