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Un pianeta gigante per capire la formazione dei pianeti

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Un team di astronomi guidato da scienziati olandesi ha ripreso direttamente un pianeta gigante in orbita a grande distanza attorno a una stella simile al Sole. Perché questo pianeta sia così imponente e come possa esistere è un mistero. I ricercatori pubblicheranno i loro risultati sulla rivista Astronomy & Astrophysics .

Il pianeta in questione è YSES 2b, situato a 360 anni luce dalla Terra in direzione della costellazione meridionale di Musca. Il pianeta gassoso è sei volte più pesante di Giove, il pianeta più grande del nostro sistema solare. 

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Il pianeta, appena scoperto, orbita 110 volte più distante dalla sua stella rispetto alla Terra dal Sole (o 20 volte la distanza tra il sole e Giove). La stella che lo accompagna ha solo 14 milioni di anni e assomiglia al nostro sole nella sua infanzia.

La grande distanza dal pianeta alla stella presenta un enigma agli astronomi perché non sembra adattarsi a nessuno dei due modelli più noti per la formazione di grandi pianeti gassosi. Se il pianeta fosse cresciuto nella sua posizione attuale lontano dalla stella per mezzo dell’accrescimento del nucleo, sarebbe troppo pesante perché non c’è abbastanza materiale per creare un pianeta enorme a questa grande distanza dalla stella. 

Se il pianeta fosse stato creato dalla cosiddetta instabilità gravitazionale nel disco planetario, allora non sembra essere abbastanza pesante. Una terza possibilità è che il pianeta si sia formato vicino alla stella per accrescimento del nucleo e poi sia migrato verso l’esterno. Una tale migrazione, tuttavia, richiederebbe l’influenza gravitazionale di un secondo pianeta, che i ricercatori non hanno ancora scoperto.

Un nuovo modello al computer, descritto in un articolo pubblicato su “Nature” da Pablo Benitez-Llambay dell’Universidad Nacional de Cordoba, in Argentina, e colleghi di una collaborazione internazionale, identifica le condizioni che permettono la formazione di un pianeta gigante gassoso.

Come nascono un pianeta gigante gassoso

Il modello individua nello scambio di calore con materiali circostanti il processo chiave che impedisce lo spostamento verso orbite vicine alla stella degli embrioni planetari.

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Questo spiegherebbe perché circa il 10-20 per cento dei sistemi planetari – e tra questi il nostro sistema solare – ha pianeti giganti su orbite più ampie rispetto a quella della Terra, mentre nella quota restante i pianeti gassosi sono collocati su orbite molto strette.

I sistemi planetari hanno origine da gas, polveri e frammenti di roccia che formano un disco in rotazione intorno alle stelle appena nate. Se la velocità di crescita dell’embrione planetario è sufficientemente elevata e la sua massa arriva a superare un valore critico, l’embrione riesce ad attirare a sé il gas circostante prima che si disperda, e si avvia a diventare un pianeta gigante gassoso.

In seguito, secondo i modelli, gli embrioni più piccoli iniziano a spostarsi verso la stella centrale, e questa migrazione fa sì che i pianeti giganti gassosi si collochino, rispetto alla stella, a distanze minori rispetto a quella che separa la Terra dal Sole. Questo dato è però in contrasto con le osservazioni astronomiche, perché non tutti i giganti gassosi dei sistemi planetari noti sono su orbite strette.

La discordanza tra modelli e dati sperimentali è stata risolta ora da Llambay e colleghi, che hanno identificato un processo fisico.

Secondo le nuove simulazioni al computer, gli embrioni, via via che acquisiscono massa e crescono, possono produrre un forte riscaldamento del gas circostante, in particolare nella zona che precede l’embrione e in quella che lo segue nel cammino orbitale.

La differenza di temperatura tra le due zone produce una forza che tende ad allontanare l’embrione dalla stella, bilanciando la tendenza alla migrazione verso l’interno.

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L’intero processo dipende da diversi parametri, tra cui la densità di materia del disco, la rapidità con cui avviene l’aggregazione dei materiali nell’embrione e la massa dell’embrione stesso.

In sostanza, lo sviluppo dell’embrione planetario, a un certo punto incontra un bivio: se la crescita è abbastanza rapida, dà origine a un gigante gassoso su un’orbita più grande di quella terrestre; diversamente l’embrione si sposta verso orbite più interne.

I risultati sono solo un primo passo verso una modellizzazione completa della formazione planetaria, un processo, frutto di un’interazione molto complessa tra dinamica dei fluidi e trasferimenti di energia in forma di calore, che può dare origine a strutture planetarie anche molto diverse tra loro, come sottolineato negli ultimi anni dalla ricerca dei pianeti extrasolari.

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Gli astronomi continueranno a indagare sui dintorni di questo insolito pianeta e della sua stella nel prossimo futuro e sperano di saperne di più sul sistema, e continueranno a cercare altri pianeti gassosi attorno a giovani stelle simili al sole. Gli attuali telescopi non sono ancora abbastanza grandi per eseguire l’imaging diretto di pianeti simili alla terra attorno a stelle simili al sole.

Il ricercatore capo Alexander Bohn (Leiden University): “Investigando più esopianeti simili a Giove nel prossimo futuro, impareremo di più sui processi di formazione dei giganti gassosi attorno a stelle simili al sole“.

Il pianeta YSES 2b è stato scoperto con lo Young Suns Exoplanet Survey (YSES). Questa indagine ha già fornito la prima immagine diretta di un sistema multi-planetario attorno a una stella simile al Sole nel 2020.

I ricercatori hanno effettuato le loro osservazioni nel 2018 e nel 2020 utilizzando il Very Large Telescope dell’European Southern Observatory (ESO) in Cile. Per questo hanno usato lo strumento SPHERE del telescopio. Questo strumento è stato sviluppato congiuntamente dai Paesi Bassi e può catturare la luce diretta e indiretta degli esopianeti.

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