La "tragica" fine di due giovani esopianeti

Che gli esopianeti anziani possano venire inghiottiti dalle proprie stelle era già stato osservato. Ma che i giovani esopianeti possano concludere precocemente la loro vita e in modo altrettanto tragico, stavolta a seguito di scontri distruttivi, è una recente scoperta degli astronomi.

Cosmic collision — Rappresentazione artistica della nube di gas, polveri e detriti risultante dalla collisione distruttiva di due esopianeti. Credit: Mark A. Garlick

Grazie alle osservazioni astronomiche, ma anche grazie ai modelli di evoluzione stellare, sappiamo che le stelle appena nate sono ancora immerse in un denso disco di gas e polveri che le ruota attorno. I gas e le polveri del disco in parte continuano a precipitare sulla neo-stella, in parte iniziano ad evaporare per effetto dell’intenso campo di radiazione prodotto dalla stella, ed in parte possono dar vita ai pianeti.

Ciò che rimane come risultato di questi processi dopo alcuni milioni di anni è una stella circondata da un suo sistema planetario e, possibilmente, anche da una sua fascia di asteroidi (quella che in inglese è chiamata debris-disc).

Tuttavia, le prime fasi di vita all’interno del disco sono particolarmente turbolente, nel senso che le varie componenti del disco, quindi pianeti, planetesimi, asteroidi sono ancora dinamicamente instabili. Succede, e non infrequentemente, che a motivo delle reciproche perturbazioni gravitazionali, le orbite dei pianeti e degli asteroidi possano modificarsi e incrociarsi, determinando così delle collisioni, che possono essere anche totalmente distruttive.

Le perturbazioni gravitazionali possono modificare le orbite dei pianeti determinandone lo scontro anche distruttivo

E’ ciò che si pensa sia successo attorno alla giovane stella 2MASS J08152329-3859234.

Chi è 2MASS J08152329-3859234

2MASS J08152329-3859234 è una giovane stella simile al Sole. Si stima abbia circa 300 milioni di anni, che nei tempi scala di evoluzione delle stelle è un tempo relativamente piccolo.

Il nome 2MASS J08152329-3859234 consiste in una sigla "2MASS" che è l’abbreviazione di 2 Micron All Sky Survey. Si tratta di un progetto di osservazione dell'intera sfera celeste effettuato da più telescopi da 1.3 metri di diametro, posizionati a Mont Hopkins in Arizona e a Cerro Tololo in Cile. La sigla è seguita dalle coordinate astronomiche della stella "08152329-3859234".

Questa stella, inizialmente osservata in seno al progetto 2MASS è stata successivamente osservata anche in altre survey, in particolare la survey ASAS-SN (All Sky Automated Survey for SuperNovae) e dal satellite WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer).

Cosa hanno osservato gli astronomi

Gli astronomi, utilizzando i dati della survey ASAS-SN, hanno osservato che la luminosità della stella è improvvisamente diminuita. Tuttavia, guardando più in dettaglio hanno notato che la diminuzione di luminosità era stata preceduta da un picco di luminosità nell’infrarosso, evidente nei dati del satellite WISE.

Più nel dettaglio, si è osservato che la luminosità infrarossa è aumentata repentinamente ed è rimasta alta per circa 1000 giorni. Successivamente, circa 2 anni e mezzo dopo questo evento, qualcosa ha eclissato parzialmente la stella determinandone un improvviso calo di luminosità, durato circa 500 giorni.

Studi dettagliati hanno mostrato che ciò che aveva eclissato parzialmente la stella era stata una nube di polveri e gas probabilmente formatasi a seguito della collisione distruttiva di due esopianeti giganti.

Grafico della variazione di luminosità della stella 2MASS J08152329-3859234 in seguito alla collisione distruttiva dei due suoi esopianeti. Credit: Kenworthy, M., Lock, S., Kennedy, G. et al. A planetary collision afterglow and transit of the resultant debris cloud. Nature 622, 251–254 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06573-9

Il primo pannello dell'immagine di sopra mostra in verde la luminosità della stella (misurata da ASAS-SN) che, inizialmente costante, subisce una repentina diminuzione della durata di circa 500 giorni. Questa diminuzione è dovuta al passaggio davanti alla stella (eclisse) della nube di detriti residuo della collisione e distruzione dei due pianeti.

Planet collision — Rappresentazione artistica della collisione tra due pianeti. Credit: NASA/SOFIA/Lynette Cook

Il secondo pannello mostra in rosso l'emissione infrarossa (misurata da WISE) che, inizialmente costante, subisce un rapido aumento che dura circa 1000 giorni. Questo aumento è dovuto alla collisione esplosiva tra i due esopianeti, evento che precede la formazione della nube.

Il terzo pannello mostra come la temperatura globale del sistema stella+nube sia aumentata a seguito della collisione e che quindi la nube è ancora calda.

L’urto esplosivo e distruttivo aveva determinato l’aumento repentino di luminosità (nell'infrarosso) lasciando come residuo un singolo nucleo fuso circondato da una spessa nube di gas, polveri e detriti. Questo nucleo circondato dalla sua nube continua a ruotare attorno alla stella, producendo eclissi parziale, con conseguente diminuzione di luminosità.

Progetti per il futuro

I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Nature da Matthew Kenworthy e altri 21 co-autori. Sulla base dei loro calcoli, i resti di questa collisione, quindi la nube di polveri e gas ancora luminescente nell’infrarosso dovrebbe essere ben visibile dal telescopio spaziale James Webb.

Pertanto, il team sta preparando una proposta di osservazione per ottenere immagini nell’infrarosso con il telescopio spaziale. Queste potrebbero confermare lo scenario ipotizzato da Kenworthy e fornire immagini e informazioni spettroscopiche utili a comprendere meglio la natura della nube e dei due ex-pianeti che l’hanno formata.