Un’importante indagine svolta attraverso l’osservazione di esopianeti ha confermato una teoria di lunga data.
Da tempo gli astronomi teorizzano una correlazione tra massa planetaria e rotazione. Nel Sistema Solare, Giove e Saturno ruotano entrambi rapidamente, completando una rotazione in circa dieci ore, e rappresentano una frazione significativa dell’energia rotazionale del Sistema Solare. Utilizzando l’Osservatorio WM Keck sul Maunakea, nelle Hawaii, un team di astronomi ha testato questa relazione prevista studiando esopianeti 32 giganti gassosi e nane brune in sistemi stellari distanti: 6 pianeti giganti più grandi di Giove e 25 nane brune compagne. La spettroscopia ad alta risoluzione ottenuta con lo strumento Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC) ha dimostrato che i pianeti giganti gassosi ruotano più velocemente delle loro controparti più massicce, tenendo conto di massa, dimensioni ed età. Hanno inoltre consultato dati storici su compagni con misurazioni di rotazione per creare un campione selezionato di 43 compagni stellari/substellari e pianeti giganti, e 54 nane brune e oggetti di massa planetaria erranti.
La formazione degli esopianeti
Molti dei pianeti osservati in questo studio orbitano attorno alle loro stelle a una distanza compresa tra decine e centinaia di Unità Astronomiche (UA), la distanza tra la Terra e il Sole. Gli astronomi stanno ancora discutendo su come si formino mondi così distanti, se si tratti di un processo graduale all’interno di un disco circumstellare o di un collasso gravitazionale simile a quello delle stelle. Per approfondire la questione, il team ha utilizzato il KPIC per isolare la luce proveniente da questi pianeti rotanti, ampliando così lo spettro delle caratteristiche atmosferiche.
La rotazione è una testimonianza fossile di come si è formato un pianeta. Misurando la velocità di rotazione di questi mondi, possiamo iniziare a ricostruire i processi fisici che li hanno plasmati decine o centinaia di milioni di anni fa. Con KPIC, possiamo rilevare questi minuscoli segnali che rivelano la rotazione di un pianeta attorno ad altre stelle vicine. I nostri risultati suggeriscono che sia la massa del pianeta sia il rapporto tra la massa del pianeta e quella della sua stella influenzino la velocità di rotazione finale del pianeta. Questo ci aiuta a definire meglio la fisica della formazione di questi sistemi.
Questa complessa relazione è illustrata in particolare da un pianeta e da una nana bruna. Nel sistema HR 8799, si trova un gigante gassoso con una massa circa 7 volte superiore a quella di Giove, che ruota sei volte più velocemente di una nana bruna compagna nello stesso sistema, la cui massa è 24 volte quella di Giove. Ciò può essere spiegato dalle interazioni tra il campo magnetico del pianeta durante la sua fase iniziale e il disco circumplanetario, che ne hanno causato la perdita di velocità di rotazione. In sostanza, la rotazione del compagno più massiccio è stata rallentata perché possedeva un campo magnetico molto più intenso. Comprendere questa relazione tra dimensioni, massa e rotazione sta anche aiutando gli scienziati a saperne di più sulla storia del nostro Sistema Solare. Ha affermato Hsu:
Massa e rotazione
Il modo in cui il momento angolare è distribuito tra i pianeti influenza l’architettura complessiva di un sistema planetario. Persino la rotazione terrestre e il campo magnetico sono in definitiva collegati a come quel bilancio di rotazione era suddiviso quando si è formato il sistema solare. KPIC è il primo strumento di questo tipo, che apre una strada completamente nuova allo studio degli esopianeti. Ci ha permesso di misurare proprietà come la rotazione che prima erano quasi impossibili da rilevare.
Rotazione degli esopianeti erranti
Il team di ricerca prevede di ampliare i propri studi esaminando la rotazione dei pianeti erranti (FFP), noti anche come “pianeti vagabondi”. Si propone inoltre di studiare la composizione delle atmosfere di questi pianeti. Questo sarà reso possibile grazie a strumenti di nuova generazione, come l’imminente HISPEC (High-resolution Infrared Spectrograph for Exoplanet Characterization) dell’Osservatorio Keck, che entrerà in funzione nel 2027. HISPEC estenderà queste misurazioni a mondi ancora più piccoli e distanti.
Gli scienziati hanno preso gli insegnamenti appresi da KPIC e li hanno applicati a HISPEC, che avrà una maggiore sensibilità, una risoluzione spettrale più elevata e una copertura di lunghezze d’onda più ampia. Con HISPEC saranno in grado di aumentare drasticamente il numero di pianeti di cui possiamo misurare la rotazione e, in particolare, potremo studiare in natura pianeti più vicini al nostro Giove per verificare se il nostro Giove è un pianeta tipico della sua classe.
Per saperne di più
- Leggi l’articolo originale su Universe Today
- Leggi il paper scientifico intitolato “Distinct Rotational Evolution of Giant Planets and Brown Dwarf Companions” pubblicato su The Astronomical Journal
