Grazie alla missione di Keplero e ad altri sforzi per trovare esopianeti, abbiamo imparato molto sulla popolazione degli esopianeti. Sappiamo che è probabile che troveremo pianeti extrasolari e di massa di Nettuno in orbita attorno a stelle a bassa massa, mentre pianeti più grandi si trovano attorno a stelle più massicce. Ciò si allinea bene con la teoria dell'accrescimento fondamentale della formazione planetaria.
Ma non tutte le nostre osservazioni sono conformi a tale teoria. La scoperta di un pianeta simile a Giove in orbita attorno a una piccola nana rossa significa che la nostra comprensione della formazione planetaria potrebbe non essere chiara come pensavamo. Una seconda teoria della formazione planetaria, chiamata teoria dell'instabilità del disco, potrebbe spiegare questa sorprendente scoperta.
La stella nana rossa si chiama GJ 3512 ed è a circa 31 anni luce da noi nell'Orsa Maggiore. GJ 3512 è 0,12 volte la massa del nostro Sole e il pianeta, GJ 3512b, è almeno 0,46 volte la massa di Giove. Ciò significa che la stella è solo circa 250 volte più massiccia del pianeta. Non solo, ma è solo circa 0,3 UA dalla stella.
Paragonalo al nostro Sistema Solare, dove il Sole è oltre 1000 volte più massiccio del più grande pianeta, Giove. Quei numeri non si sommano quando si tratta della teoria dell'accrescimento del nucleo.
La teoria dell'accrescimento fondamentale è la teoria più ampiamente accettata per la formazione planetaria. L'accrescimento del nucleo avviene quando piccole particelle solide si scontrano e si coagulano per formare corpi più grandi. Per lunghi periodi di tempo, ciò crea pianeti. C'è un limite a come funziona però.
Una volta che si forma un nucleo solido fino a circa 10-20 volte la dimensione della Terra, è abbastanza massiccio da dare gas, che forma un involucro o un'atmosfera attorno al nucleo solido. Una chiave è che l'accrescimento del nucleo funziona diversamente a seconda della distanza dalla stella.
In un sistema solare interno, la stella ha assorbito gran parte del materiale disponibile e si formano pianeti più piccoli, come la Terra. Anche la Terra ha un'atmosfera relativamente piccola. In un sistema solare esterno, oltre quella che viene chiamata la linea del gelo, c'è molto più materiale dai pianeti da cui si forma, sebbene il materiale sia meno denso. È così che finiamo con i giganti gassosi con atmosfere voluminose nel sistema solare esterno.
Ma nel caso di GJ 3512, i ricercatori hanno trovato alcune contraddizioni con la spiegazione di accrescimento di base. Prima di tutto, la ragione per cui le stelle sono a bassa massa è perché l'intero disco da cui si formano ha meno materiale. Stelle come GJ 3512 hanno semplicemente esaurito il materiale prima che potessero diventare molto grandi. Allo stesso modo, c'è meno materiale rimasto nel disco protoplanetario per formare pianeti di grandi dimensioni.
Nel loro articolo, affermano che "La formazione di un gigante gassoso <GJ 3512b> in questo modo richiede la costruzione di un grande nucleo planetario di almeno 5 masse terrestri". Dicono che ciò non può accadere intorno a una stella così bassa massa.
Questo nuovo sistema stellare sembra escludere la teoria dell'accrescimento di base come spiegazione. Il pianeta è troppo massiccio rispetto alla stella. Ma c'è un'altra teoria chiamata teoria dell'instabilità del disco.
Quando una giovane stella nasce in fusione, è circondata da un disco protoplanetario rotante di materiale che è rimasto dalla formazione della stella. I pianeti si formano da quel materiale. La teoria dell'instabilità del disco afferma che il disco rotante di materiale può raffreddarsi rapidamente. Questo rapido raffreddamento può far coagulare il materiale in blocchi di dimensioni planetarie, che possono collassare sotto la propria gravità per formare giganti gassosi, saltando il processo di accrescimento del nucleo.
Mentre l'accrescimento del nucleo richiederebbe molto tempo, l'instabilità del disco potrebbe creare pianeti di grandi dimensioni in un tempo molto più breve. Ciò potrebbe spiegare la ricerca di grandi pianeti così vicini alle piccole stelle, come nel caso di GJ 3512.
Gli scienziati dietro questo lavoro hanno scoperto anche altre stranezze in questo sistema. Dicono che potrebbe esserci un terzo pianeta nel sistema - anche un gigante gassoso - che ha influenzato GJ 3512b, causando la sua orbita allungata. La presenza di quel pianeta è dedotta dall'insolita orbita di GJ 3512b e non è stata osservata. Il team dietro lo studio afferma che il secondo pianeta è stato probabilmente espulso dal sistema ed è ora un pianeta canaglia.
Ci vorrà più studio, con strumenti più potenti, per capire meglio questo sistema. Secondo gli autori, è una grande opportunità per mettere a punto le nostre teorie sulla formazione planetaria. Come si dice nelle conclusioni del documento, “GJ 3512 è un sistema molto promettente perché può essere completamente caratterizzato e quindi continuare a porre vincoli rigorosi sui processi di accrescimento e migrazione, nonché sull'efficienza della formazione dei pianeti nei dischi protoplanetari e sul disco rapporti di massa a stella.
Un team internazionale di ricercatori nel consorzio CARMENES (ricerca ad alta risoluzione Calar Alto per nani M con Exoearths con Near-infrared e optical Echelle Spectrographs) ha svolto questo lavoro. Quel consorzio cerca nani rossi, il tipo più comune di stella nella galassia, nella speranza di trovare pianeti a bassa massa nelle loro zone abitabili. CARMENES non solo genera un set di dati per comprendere le stelle nane rosse, ma trovando pianeti delle dimensioni della Terra, fornirà un ricco set di obiettivi di follow-up per studi futuri.
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- Carmenes
