Secondo le stime attuali, nella sola Via Lattea potrebbero esserci fino a 100 miliardi di pianeti. Sfortunatamente, trovare prove di questi pianeti è un lavoro duro e che richiede tempo. Per la maggior parte, gli astronomi sono costretti a fare affidamento su metodi indiretti che misurano i cali nella luminosità di una stella (il metodo di transito) delle misurazioni Doppler del moto proprio della stella (il metodo della velocità radiale).
L'imaging diretto è molto difficile a causa dell'effetto di annullamento delle stelle, in cui la loro luminosità rende difficile individuare i pianeti in orbita. Fortunatamente un nuovo studio condotto dall'Infrared Processing and Analysis Center (IPAC) di Caltech ha stabilito che potrebbe esserci una scorciatoia per trovare esopianeti usando l'imaging diretto. La soluzione, sostengono, è quella di cercare sistemi con un disco di detriti circumstellare, poiché hanno sicuramente almeno un pianeta gigante.
Lo studio, intitolato "A Direct Imaging Survey of Spitzer Detected Debris Disks: Occurrence of Giant Planets in Dusty Systems", è recentemente apparso in The Astronomical Journal. Tiffany Meshkat, assistente ricercatrice presso IPAC / Caltech, è stata la principale autrice dello studio, che ha eseguito mentre lavorava al Jet Propulsion Laboratory della NASA come ricercatrice post dottorato.
Per motivi di questo studio, la dott.ssa Meshkat e i suoi colleghi hanno esaminato i dati su 130 diversi sistemi a stella singola con dischi di detriti, che hanno quindi confrontato con 277 stelle che non sembrano ospitare dischi. Queste stelle sono state tutte osservate dal telescopio spaziale Spitzer della NASA e avevano un'età relativamente giovane (meno di 1 miliardo di anni). Di questi 130 sistemi, 100 erano stati precedentemente studiati per trovare esopianeti.
La dott.ssa Meshkat e il suo team hanno quindi seguito i restanti 30 sistemi utilizzando i dati del W.M. Keck Observatory alle Hawaii e l'European Southern Observatory (ESO) Very Large Telescope (VLT) in Cile. Sebbene non abbiano rilevato nuovi pianeti in questi sistemi, i loro esami hanno contribuito a caratterizzare l'abbondanza di pianeti nei sistemi che avevano dischi.
Ciò che hanno scoperto è che le giovani stelle con dischi di detriti hanno maggiori probabilità di avere anche esopianeti giganti con orbite ampie rispetto a quelle che non lo fanno. È probabile che questi pianeti avessero cinque volte la massa di Giove, rendendoli così "Super-Giove". Come ha spiegato il Dr. Meshkat in un recente comunicato stampa della NASA, questo studio sarà di aiuto quando arriva il momento per i cacciatori di esopianeti di selezionare i loro obiettivi:
“La nostra ricerca è importante per come le missioni future pianificheranno quali stelle osservare. Molti pianeti che sono stati trovati attraverso l'imaging diretto sono stati in sistemi con dischi di detriti e ora sappiamo che la polvere potrebbe essere un indicatore di mondi sconosciuti. "
Questo studio, che è stato il più grande esame di stelle con dischi di detriti polverosi, ha anche fornito le migliori prove fino ad oggi che i pianeti giganti sono responsabili di tenere sotto controllo i dischi di detriti. Mentre la ricerca non ha risolto direttamente il motivo per cui la presenza di un pianeta gigante avrebbe causato la formazione di dischi di detriti, gli autori indicano che i loro risultati sono coerenti con le previsioni secondo cui i dischi di detriti sono il prodotto di pianeti giganti che si agitano e causano collisioni di polvere.
In altre parole, credono che la gravità di un pianeta gigante causerebbe la collisione dei planestimali, impedendo loro di formare pianeti aggiuntivi. Come ha spiegato Dimitri Mawet, co-autore dello studio, che è anche un ricercatore senior della JPL, ha spiegato:
"È possibile che non troviamo piccoli pianeti in questi sistemi perché, all'inizio, questi enormi corpi hanno distrutto i mattoni di pianeti rocciosi, facendoli schiantarsi l'uno contro l'altro ad alta velocità invece di combinarsi delicatamente. "
All'interno del Sistema Solare, i pianeti giganti creano una sorta di cinghia di detriti. Ad esempio, tra Marte e Giove, hai la Cintura principale degli asteroidi, mentre oltre Nettuno si trova la Cintura di Kuiper. Molti dei sistemi esaminati in questo studio hanno anche due cinture, sebbene siano significativamente più giovani delle cinture del sistema solare - circa 1 miliardo di anni contro 4,5 miliardi di anni.
Uno dei sistemi esaminati nello studio era Beta Pictoris, un sistema che ha un disco di detriti, comete e un esopianeta confermato. Questo pianeta, designato Beta Pictoris b, che ha 7 masse di Giove e orbita attorno alla stella a una distanza di 9 UA - cioè nove volte la distanza tra la Terra e il Sole. Questo sistema è stato ripreso direttamente dagli astronomi in passato usando telescopi terrestri.
È interessante notare che gli astronomi hanno predetto l'esistenza di questo esopianeta molto prima che fosse confermato, in base alla presenza e alla struttura del disco di detriti del sistema. Un altro sistema che è stato studiato è stato HR8799, un sistema con un disco di detriti che ha due fasce di polvere prominenti. In questo tipo di sistemi, si deduce la presenza di pianeti più giganti in base alla necessità di mantenere queste cinghie di polvere.
Si ritiene che questo sia il caso del nostro Sistema Solare, dove 4 miliardi di anni fa, i pianeti giganti hanno deviato le comete passando verso il Sole. Ciò portò al bombardamento tardivo pesante, in cui i pianeti interni furono soggetti a innumerevoli impatti che sono ancora visibili oggi. Gli scienziati ritengono inoltre che fu durante questo periodo che le migrazioni di Giove, Saturno, Urano e Nettuno hanno deviato polvere e piccoli corpi per formare la Cintura di Kuiper e la Cintura di Asteroidi.
La dott.ssa Meshkat e il suo team hanno anche notato che i sistemi esaminati contenevano molta più polvere del nostro sistema solare, il che potrebbe essere attribuibile alle loro differenze di età. Nel caso di sistemi che hanno circa 1 miliardo di anni, la maggiore presenza di polvere potrebbe essere il risultato di piccoli corpi che non hanno ancora formato corpi più grandi in collisione. Da ciò, si può dedurre che il nostro Sistema Solare era anche una volta molto più polveroso.
Tuttavia, gli autori notano anche che i sistemi che hanno osservato - che hanno un pianeta gigante e un disco di detriti - possono contenere più pianeti che semplicemente non sono ancora stati scoperti. Alla fine, ammettono che sono necessari più dati prima che questi risultati possano essere considerati conclusivi. Ma nel frattempo, questo studio potrebbe servire da guida su dove si possono trovare esopianeti.
Come ha affermato Karl Stapelfeldt, capo scienziato dell'Exoplanet Exploration Program Office della NASA e coautore dello studio:
"Mostrando agli astronomi dove missioni future come il James Webb Space Telescope della NASA hanno le migliori possibilità di trovare esopianeti giganti, questa ricerca apre la strada a scoperte future."
Inoltre, questo studio potrebbe aiutare a informare la nostra comprensione di come il Sistema Solare si è evoluto nel corso di miliardi di anni. Per un po 'di tempo, gli astronomi hanno discusso se i pianeti come Giove migrassero o meno nelle loro posizioni attuali e in che modo ciò influenzò l'evoluzione del sistema solare. E continua a esserci un dibattito su come si è formata la Cintura Principale (cioè vuota di piena).
Infine, ma non meno importante, potrebbe informare i sondaggi futuri, facendo conoscere agli astronomi quali sistemi stellari si stanno sviluppando sulla stessa linea del nostro, miliardi di anni fa. Ovunque i sistemi stellari abbiano dischi di detriti, inferiscono la presenza di un gigante gassoso particolarmente massiccio. E dove hanno un disco con due cinghie di polvere prominenti, possono dedurre che anche questo diventerà un sistema contenente molti pianeti e due cinture.
