Migrazione verso l'interno di un gruppo di protopianeti, dove sono rappresentati da cerchi bianchi. Credito immagine: QMUL Clicca per ingrandire
Gli astronomi pensano di avere una conoscenza di molti aspetti della formazione planetaria. Secondo il loro modello, i nuclei di questi enormi pianeti dovrebbero essere attratti verso l'interno dalla loro stella madre in soli 100.000 anni - non abbastanza tempo per formarsi in un'orbita stabile. È possibile che le prime generazioni di pianeti non superino mai la fase di "aggregazione" prima di essere distrutte. Sono solo le generazioni successive che sopravvivono abbastanza a lungo da diventare pianeti.
Due astronomi britannici, Paul Cresswell e Richard Nelson presentano nuove simulazioni numeriche nel quadro degli impegnativi studi sulla formazione del sistema planetario. Scoprono che, nelle prime fasi della formazione planetaria, i giganteschi protopianeti migrano verso l'interno a passo verso la stella centrale. I loro risultati saranno presto pubblicati in Astronomia e Astrofisica.
In un articolo che sarà pubblicato in Astronomia e Astrofisica, due astronomi britannici presentano nuove simulazioni numeriche di come si formano i sistemi planetari. Scoprono che, nelle prime fasi della formazione planetaria, i giganteschi protopianeti migrano verso l'interno a passo verso la stella centrale.
L'immagine attuale di come si formano i sistemi planetari è la seguente: i) i granelli di polvere si coagulano per formare planetesimali fino a 1 km di diametro; ii) la crescita in fuga di planetesimi porta alla formazione di ~ 100? Embrioni planetari della dimensione di 1000 km; iii) questi embrioni crescono in modo "oligarchico", dove pochi corpi di grandi dimensioni dominano il processo di formazione e danno luogo ai planetesimi circostanti e molto più piccoli. Questi "oligarchi" formano pianeti terrestri vicino alla stella centrale e ai nuclei planetari di dieci masse terrestri nella regione del pianeta gigante oltre 3 unità astronomiche (AU).
Tuttavia, queste teorie non riescono a descrivere la formazione di pianeti giganti di gas in modo soddisfacente. L'interazione gravitazionale tra il disco protoplanetario gassoso e gli enormi nuclei planetari li induce a muoversi rapidamente verso l'interno per circa 100.000 anni in quella che chiamiamo "migrazione" del pianeta nel disco. La previsione di questa rapida migrazione verso l'interno di protopianeti giganti è un grosso problema, poiché questa scala temporale è molto più breve del tempo necessario affinché il gas si accumuli sul pianeta gigante in formazione. Le teorie prevedono che i giganteschi protopianeti si fonderanno nella stella centrale prima che i pianeti abbiano il tempo di formarsi. Questo rende molto difficile capire come possano formarsi.
Per la prima volta, Paul Cresswell e Richard Nelson hanno esaminato cosa succede a un ammasso di pianeti in formazione incastonati in un disco gassoso protoplanetario. I modelli numerici precedenti includevano solo uno o due pianeti in un disco. Ma il nostro sistema solare e oltre il 10% dei noti sistemi planetari extrasolari, sono sistemi multi-pianeta. Il numero di tali sistemi dovrebbe aumentare con il miglioramento delle tecniche osservative dei sistemi extrasolari. Il lavoro di Cresswell e Nelson è la prima volta che le simulazioni numeriche hanno incluso un numero così elevato di protopianeti, tenendo così conto dell'interazione gravitazionale tra i protopianeti e il disco e tra i protopianeti stessi.
La motivazione principale per il loro lavoro è quella di esaminare le orbite dei protopianeti e se alcuni pianeti potrebbero sopravvivere nel disco per lunghi periodi di tempo. Le loro simulazioni mostrano che, in pochissimi casi (circa il 2%), un protopianeta solitario viene espulso lontano dalla stella centrale, allungando così la sua vita. Ma nella maggior parte dei casi (98%), molti dei protopianeti sono intrappolati in una serie di risonanze orbitali e migrano verso l'interno a passo d'uomo, a volte persino fondendosi con la stella centrale.
Cresswell e Nelson affermano quindi che le interazioni gravitazionali all'interno di uno sciame di protopianeti incorporati in un disco non possono fermare la migrazione verso l'interno dei protopianeti. Il "problema" della migrazione rimane e richiede ulteriori indagini, sebbene gli astronomi propongano diverse possibili soluzioni. Uno può essere che diverse generazioni di pianeti si formino e che solo quelle che si formano mentre il disco si dissipa sopravvivono al processo di formazione. Ciò potrebbe rendere più difficile la formazione di giganti gassosi, poiché il disco è impoverito del materiale da cui si formano i pianeti giganti gassosi. (La formazione di un gigante gassoso può comunque essere possibile, se abbastanza gas si trova al di fuori delle orbite dei pianeti, poiché il nuovo materiale può spostarsi verso l'interno per essere accumulato dal pianeta in formazione). Un'altra soluzione potrebbe essere correlata alle proprietà fisiche del disco protoplanetario. Nelle loro simulazioni, gli astronomi presumevano che il disco protoplanetario fosse liscio e non turbolento, ma ovviamente questo potrebbe non essere il caso. Grandi parti del disco potrebbero essere più turbolente (a causa di instabilità causate da campi magnetici), il che potrebbe impedire la migrazione verso l'interno per lunghi periodi di tempo.
Questo lavoro si unisce ad altri studi sulla formazione del sistema planetario che sono attualmente condotti da una rete europea di scienziati. La nostra visione di come la forma dei pianeti è cambiata drasticamente negli ultimi anni con l'aumentare del numero di sistemi planetari recentemente scoperti. Comprendere la formazione di pianeti giganti è attualmente una delle maggiori sfide per gli astronomi.
Fonte originale: Astronomia e Astrofisica
