Un nuovo studio ha analizzato l’età degli esopianeti gioviani caldi per stabilire la correlazione con la loro formazione.

I gioviani caldi sono enormi pianeti gassosi che hanno sempre molta attenzione a causa della vicinanza alle loro stelle e alle loro conseguenti temperature vertiginose. La loro esistenza ha portato sempre molte domande sulla loro formazione ed evoluzione e un nuovo studio ha cercato di determinare la possibile età di questa tipologia di esopianeti.

I gioviani caldi sono facilmente individuabili perché sono molto vicini alle loro stelle e orbitano rapidamente. Ciò significa che transitano spesso e quando lo fanno causano un calo relativamente ampio della luce della stella. Pegasi 51 b è stato il primo gioviano caldo, degli attuali 400 schedati, a essere trovato e gli astronomi lo hanno individuato in orbita attorno a una stella simile al Sole nel 1995.

Rappresentazione artistica di di Proxima d, un pianeta candidato recentemente trovato in orbita attorno alla stella nana rossa Proxima Centauri, la stella più vicina al Sistema Solare. Credits: ESO/L. Calçada

Le caratteristiche dei gioviani caldi

Gli scienziati hanno studiato questa insolita classe di pianeti e hanno determinato alcune caratteristiche specifiche.

Di solito sono bloccati marealmente e la differenza di temperatura tra il lato diurno e quello notturno può raggiungere i 726 °C e oltre. Questi pianeti hanno atmosfere invertite termicamente a causa della presenza di elementi come ferro, titanio e vanadio. Hanno anche trovato meno acqua del previsto, sollevando dubbi sulla loro formazione. I gioviani caldi sembrano essere più comuni intorno a stelle di magnitudine maggiore come il Sole e meno comuni intorno a stelle di bassa magnitudine come le nane rosse, sebbene non vi sia ancora una certezza.

Ma la formazione di questi pianeti è un nodo centrale per la scienza degli esopianeti.

Si formano come gli altri pianeti e poi migrano verso la loro stella mentre la stella è ancora giovane? O si formano più lontano e migrano più tardi in un processo che gli astronomi chiamano migrazione ad alta eccentricità? Un articolo che sarà a breve pubblicato sull’Astronomical Journal di alcuni ricercatori della Johns Hopkins University ha provato a dare risposte a queste domande.

I pianeti del nostro Sistema Solare hanno orbite ben allineate con il Sole. Orbitano più o meno in linea con l’equatore solare, con lievi variazioni. Ma la popolazione dei gioviani caldi contiene sia pianeti allineati con le loro stelle sia pianeti che non lo sono affatto. Questa differenza ha portato a domande complesse: le due popolazioni di gioviani caldi si sono formate in modo diverso? O si sono formati nello stesso modo ma una popolazione è stata soggetta a interazioni di marea con altri pianeti?

Per districarsi tra queste domande, i ricercatori avevano bisogno di conoscere l’età dei diversi gioviani caldi. Il team si è dunque rivolto ai dati della missione Gaia dell’ESA.

Gaia però non misura direttamente l’età degli oggetti, ma ne misura le posizioni e le velocità.
Questo è importante poiché le stelle più giovani si muovono in modo simile nelle loro galassie ma, quando le stelle invecchiano, il movimento cambia e gli astronomi sanno di quanto. E poiché i pianeti sono solo un po’ più giovani delle loro stelle, determinare l’età di una stella ti permette di stabilire l’età del pianeta.

Rappresentazione artistica di Pegasi 51b, il primo esopianeta gioviano caldo scoperto nel 1995. Credit: NASA

Le tipologie di gioviani

Una cosa che gli astronomi sanno sui gioviani caldi è che i sistemi in cui si trovano sono divisi in due gruppi in base alle proprietà delle stelle.

Da un lato i sistemi con stelle massicce e calde mostrano un’ampia gamma di obliquità stellari, dall’altra parte i sistemi di stelle più fredde e di piccola massa hanno spesso obliquità stellari vicine allo zero. L’obliquità stellare è l’angolo tra il suo asse di rotazione e l’orbita media dei suoi pianeti compagni. È simile all’inclinazione assiale nei pianeti. Ricerche precedenti mostrano che l’obliquità stellare caratterizza la storia evolutiva di un sistema planetario.

Gli autori hanno utilizzato i dati di Gaia e i risultati di ricerche precedenti per trovare un nuovo modo di determinare la forma dei gioviani caldi. Hanno scoperto che la dispersione della velocità galattica per le stelle che ospitano i gioviani disallineati (>12,8 gradi) è maggiore della dispersione della velocità galattica per le stelle che ospitano gioviani allineati (<12,8 gradi). Poiché una maggiore dispersione della velocità galattica significa stelle e pianeti più vecchi, hanno concluso che i sistemi disallineati sono più antichi dei sistemi allineati.

Questa immagine dello studio mostra come i diversi processi di formazione per i gioviani caldi influenzino l’allineamento delle loro velocità e orbite mentre invecchiano. Credits: Jacob Hamer

Ciò significa che due processi possono formare i gioviani caldi: uno veloce (negli allineati) e uno lento (nei disallineati).

I risultati suggeriscono anche che in alcuni sistemi con stelle ospiti meno massicce, le interazioni delle maree consentono ai gioviani caldi di riallineare l’asse di rotazione della loro stella per essere allineato con la loro orbita.

Gli autori hanno anche esaminato il ruolo delle fotosfere convettive nei sistemi che ospitano gioviani caldi, il ruolo delle stelle binarie e il ruolo della massa stellare. C’è molto di più che gli astronomi vorrebbero sapere su questi insoliti esopianeti e su come si formano. Come molti altri argomenti di astronomia, il James Webb Space Telescope ci potrà dire molto di più e uno di questi gioviani caldi è già stato selezionato come obiettivo: WASP-62b. Un particolare Giove caldo è già un obiettivo per il JWST. Precedenti osservazioni con i telescopi spaziali Hubble e Spitzer hanno mostrato che WASP-62b ha un’atmosfera limpida, il che significa che il JWST sarà in grado di identificare le molecole nella sua atmosfera consentendo di determinare le caratteristiche del disco protoplanetario da cui si è formato.

Riferimenti: Universe Today, ARXIV

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