Una stella nana rossa ha un pianeta simile a Giove. Così massiccio che non dovrebbe esistere, eppure è così
Grazie alla missione Kepler e ad altri sforzi per trovare esopianeti, abbiamo imparato molto sulla popolazione degli esopianeti. Sappiamo che è probabile che troveremo super-Terre ed esopianeti di massa di Nettuno in orbita attorno a stelle di piccola massa, mentre pianeti più grandi si trovano attorno a stelle più massicce. Questo si allinea bene con il teoria dell'accrescimento del nucleo di formazione planetaria.
Ma non tutte le nostre osservazioni sono conformi a questa 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 così 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 e dista 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 a circa 0,3 AU dalla stella.
Confrontalo con il nostro Sistema Solare, dove il Sole è oltre 1000 volte più massiccio del pianeta più grande, Giove. Questi numeri non tornano quando si tratta della teoria dell'accrescimento del nucleo.
La teoria dell'accrescimento del nucleo 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, questo costruisce pianeti. C'è un limite a come funziona però.
Confronto di GJ 3512 con il Sistema Solare e altri sistemi planetari di nane rosse vicini. I pianeti attorno a stelle di massa solare possono crescere fino a quando non iniziano ad accumulare gas e diventano pianeti giganti come Giove, in pochi milioni di anni. Ma pensavamo che piccole stelle come Proxima, TRAPPIST-1, la stella di Teegardern e GJ 3512, non potessero formare pianeti di massa di Giove. Credito immagine: Guillem Anglada-Escude – IEEC, utilizzando SpaceEngine.org
Una volta formato un nucleo solido fino a circa 10-20 volte le dimensioni della Terra, è abbastanza massiccio da accumulare gas, che forma un involucro o atmosfera attorno al nucleo solido. Una chiave è che l'accrescimento del nucleo funziona in modo diverso 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, al di là di quella che viene chiamata la linea del gelo, c'è molto più materiale dai pianeti da cui formarsi, sebbene il materiale sia meno denso. È così che ci ritroviamo con giganti gassosi con atmosfere voluminose nel Sistema Solare esterno.
Ma nel caso di GJ 3512 , i ricercatori hanno trovato alcune contraddizioni con la spiegazione dell'accrescimento del nucleo. Prima di tutto, il motivo per cui le stelle sono di piccola massa è perché l'intero disco da cui si formano ha meno materiale. Stelle come GJ 3512 hanno semplicemente esaurito il materiale prima di poter diventare molto grandi. Per lo stesso motivo, è rimasto meno materiale nel disco protoplanetario per formare grandi pianeti.
Un'illustrazione artistica di GJ 3512b simile a Giove in orbita attorno alla sua nana rossa. Il pianeta è un gigante gassoso di circa la metà della massa di Giove, che orbita intorno alla sua stella a solo 1/3 UA. Credito immagine: CARMENES/RenderArea/J. Bollain/C. Gallego
Nel loro articolo, affermano che 'La formazione di un gigante gassoso in questo modo richiede la costruzione di un grande nucleo planetario di almeno 5 masse terrestri'. Dicono che ciò non possa accadere intorno a una stella di massa così bassa.
Questo nuovo sistema stellare sembra escludere la teoria dell'accrescimento del nucleo 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 rimasto dalla formazione della stella. I pianeti si formano da quel materiale. La teoria dell'instabilità del disco dice che il disco rotante di materiale può raffreddarsi rapidamente. Quel rapido raffreddamento può causare la coagulazione del materiale in pezzi delle dimensioni di un pianeta, che possono collassare sotto la loro stessa 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 grandi pianeti in un tempo molto più breve. Questo potrebbe spiegare la scoperta di grandi pianeti così vicini a stelle piccole, come nel caso di GJ 3512.
Gli scienziati dietro questo lavoro hanno trovato anche altre stranezze in questo sistema. Dicono che potrebbe esserci un terzo pianeta nel sistema, anch'esso un gigante gassoso, che ha influenzato GJ 3512b, causando la sua orbita allungata. La presenza di quel pianeta è dedotta dall'orbita insolita 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 nella conclusione dell'articolo, '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 il disco -rapporti di massa a stella.
Un team internazionale di ricercatori nel CARMENES (Calar Alto High-Resolution search for M dwarfs with Exoearths with Near-infrared e Optical Echelle Spectrographs) ha svolto questo lavoro. Quel consorzio cerca le nane rosse, il tipo più comune di stella nella galassia, nella speranza di trovare pianeti di piccola 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 una ricca serie di obiettivi di follow-up per studi futuri.
Di più:
- Comunicato stampa: Esopianeta gigante attorno a una piccola stella sfida la comprensione di come si formano i pianeti
- Documento di ricerca: Un esopianeta gigante in orbita attorno a una stella di massa molto bassa sfida i modelli di formazione dei pianeti
- PlanetHunters.org: Cosa capiamo veramente sulla formazione planetaria?
- Documento di ricerca: RIVISITATI SCENARI DI FORMAZIONE PLANETARIA: ACCREZIONE DEL CORE CONTRO INSTABILITÀ DEL DISCO
- CARMENES