Nel febbraio del 2017, gli scienziati della NASA hanno annunciato l'esistenza di sette pianeti terrestri (cioè rocciosi) all'interno del sistema stellare TRAPPIST-1. Da quel momento, il sistema è stato il punto focale di un'intensa ricerca per determinare se uno qualsiasi di questi pianeti potesse essere abitabile. Allo stesso tempo, gli astronomi si sono chiesti se tutti i pianeti del sistema siano effettivamente considerati.
Ad esempio, questo sistema potrebbe avere giganti gassosi in agguato nelle sue parti esterne, come fanno molti altri sistemi con pianeti rocciosi (ad esempio i nostri)? Questa era la domanda che un gruppo di scienziati, guidato da ricercatori del Carnegie Institute of Science, ha cercato di affrontare in un recente studio. Secondo i loro risultati, TRAPPIST-1 potrebbe essere orbita da giganti gassosi a una distanza molto maggiore rispetto ai suoi sette pianeti rocciosi.
Lo studio, intitolato "Vincoli astrometrici sulle masse di pianeti giganti gassosi a lungo termine nel sistema planetario TRAPPIST-1", è apparso di recente in The Astronomical Journal. Come indicato nel loro studio, il team ha fatto affidamento sulle osservazioni di follow-up fatte su TRAPPIST-1 per un periodo di cinque anni (dal 2011 al 2016) utilizzando il telescopio du Pont all'Osservatorio di Las Campanas in Cile.
Usando queste osservazioni, hanno cercato di determinare se TRAPPIST-1 poteva avere giganti gassosi precedentemente non rilevati in orbita entro i limiti esterni del sistema. Come il dottor Alan Boss - un astrofisico e scienziato planetario con il Dipartimento di magnetismo terrestre del Carnegie Institute e l'autore principale del documento - ha spiegato in una nota della Carnegie:
“Numerosi altri sistemi stellari che includono pianeti di dimensioni terrestri e super-terre ospitano anche almeno un gigante gassoso. Quindi, chiedersi se questi sette pianeti hanno fratelli giganti gassosi con orbite di lungo periodo è una domanda importante. "
Per anni, Boss ha condotto un sondaggio sulla caccia agli esopianeti con i coautori dello studio - Alycia J. Weinberger, Ian B. Thompson, et al. - noto come Carnegie Astrometric Planet Search. Questo sondaggio si basa sulla Carnegie Astrometric Planet Search Camera (CAPSCam), uno strumento sul telecope du Pont che cerca pianeti extrasolari usando il metodo astrometrico.
Questo metodo indiretto di caccia agli esopianeti determina la presenza di pianeti attorno a una stella misurando le oscillazioni di questa stella ospite attorno al centro di massa del sistema (alias il suo baricentro). Usando CAPSCam, Boss e i suoi colleghi hanno fatto affidamento su diversi anni di osservazioni di TRAPPIST-1 per determinare i limiti massimi di massa per eventuali giganti di gas in orbita nel sistema.
Da ciò, hanno concluso che i pianeti fino a 4,6 masse di Giove potrebbero orbitare attorno alla stella per un periodo di un anno. Inoltre, hanno scoperto che i pianeti fino a 1,6 Messe di Giove potevano orbitare attorno alla stella con periodi di 5 anni. In altre parole, è possibile che TRAPPIST-1 abbia alcuni giganti gassosi di lungo periodo in orbita attorno ai suoi confini esterni, più o meno allo stesso modo in cui giganti gassosi di lungo periodo esistono oltre l'orbita di Marte nel Sistema Solare.
Se fosse vero, l'esistenza di questi pianeti giganti potrebbe risolvere un dibattito in corso sulla formazione dei giganti gassosi del Sistema Solare. Secondo la teoria più ampiamente accettata sulla formazione del sistema solare (cioè ipotesi nebulosa), il Sole e i pianeti sono nati da una nebulosa di gas e polvere. Dopo che questa nuvola subì il collasso gravitazionale al centro, formando il Sole, la polvere e il gas rimanenti si appiattirono in un disco che lo circondava.
La Terra e gli altri pianeti terrestri (Mercurio, Venere e Marte) si formarono tutti più vicini al Sole dall'accrescimento di minerali e metalli di silicato. Per quanto riguarda i giganti del gas, ci sono alcune teorie contrastanti su come si sono formate. In uno scenario, noto come teoria dell'accrescimento del nucleo, anche i giganti del gas hanno iniziato ad accumularsi da materiali solidi (formando un nucleo solido) che sono diventati abbastanza grandi da attrarre un involucro di gas circostante.
Una spiegazione in competizione - nota come teoria dell'instabilità del disco - afferma che si formarono quando il disco di gas e polvere assunse una formazione a spirale (simile a una galassia). Queste armi iniziarono quindi ad aumentare di massa e densità, formando grumi che si unirono rapidamente per formare piccoli giganti di gas. Utilizzando modelli computazionali, Boss e i suoi colleghi hanno considerato entrambe le teorie per vedere se i giganti gassosi potessero formarsi attorno a una stella a bassa massa come TRAPPIST-1.
Mentre l'accrescimento del nucleo non era probabile, la teoria dell'instabilità del disco indicava che i giganti gassosi potevano formarsi attorno a TRAPPIST-1 e ad altre stelle nane rosse a bassa massa. Come tale, questo studio fornisce un quadro teorico per l'esistenza di giganti gassosi nei sistemi di stelle nane rosse che sono già noti per avere pianeti rocciosi. Questa è certamente una notizia incoraggiante per i cacciatori di esopianeti dato che l'ondata di pianeti rocciosi è stata trovata in orbita nana rossa negli ultimi tempi.
Oltre a TRAPPIST-1, questi includono l'esopianeta più vicino al sistema solare (Proxima b), oltre a LHS 1140b, Gliese 581g, Gliese 625b e Gliese 682c. Ma come ha anche notato Boss, questa ricerca è ancora agli inizi e molte più ricerche e discussioni devono aver luogo prima che si possa dire qualcosa in modo definitivo. Fortunatamente, studi come questo stanno aiutando ad aprirsi alla porta per tali studi e discussioni.
"I pianeti giganti di gas trovati su orbite di lungo periodo attorno a TRAPPIST-1 potrebbero sfidare la teoria dell'accrescimento di base, ma non necessariamente la teoria dell'instabilità del disco", ha affermato Boss. "C'è molto spazio per ulteriori indagini tra le orbite di più lungo periodo che abbiamo studiato qui e le orbite molto brevi dei sette pianeti TRAPPIST-1 noti."
Boss e il suo team affermano inoltre che continue osservazioni con il CAPSCam e ulteriori perfezionamenti nella sua pipeline di analisi dei dati rileveranno eventuali pianeti di lungo periodo o porranno un vincolo ancora più stretto sui loro limiti di massa superiori. E, naturalmente, lo spiegamento di telescopi a infrarossi di prossima generazione, come il James Webb Space Telescope, aiuterà la caccia ai giganti gassosi attorno alle stelle nane rosse.
