Scoperta sensazionale mai fatta prima: 6 pianeti sincronizzati in perfetta armonia
Sei pianeti orbitano intorno alla loro stella centrale a una velocità senza precedenti, un raro caso di blocco gravitazionale "sincronizzato" che potrebbe offrire profonde intuizioni sulla formazione e l'evoluzione planetaria.
I pianeti di dimensioni comprese tra la Terra e Nettuno, noti come sub-Nettuni, si trovano in stretta orbita attorno a più della metà di tutte le stelle simili al Sole. Tuttavia, la loro composizione, formazione ed evoluzione rimangono un mistero.
Lo studio dei sistemi multiplanetari offre l'opportunità di studiare come si formano ed evolvono i pianeti, misurando le condizioni iniziali e l'ambiente.
Quelli in risonanza (con i loro periodi sincronizzati a rapporti interi) sono particolarmente preziosi perché implicano che il sistema non ha praticamente mai subito cambiamenti dalla sua nascita.
Una nuova ricerca presentata sulla rivista Nature presenta le osservazioni di sei pianeti in transito intorno alla stella HD 110067. In primo luogo, utilizzando i tre pianeti più vicini per prevedere gli altri tre, hanno scoperto che i pianeti hanno orbite risonanti.
Nature research paper: A resonant sextuplet of sub-Neptunes transiting the bright star HD 110067 https://t.co/5mGycuT86c
— nature (@Nature) November 29, 2023
Sistemi risonanti
Sebbene i sistemi multiplanetari siano comuni nella nostra galassia, gli astronomi osservano molto meno frequentemente quelli che si trovano in una stretta formazione gravitazionale nota come "risonanza".
In questo caso, il pianeta più vicino alla stella compie tre orbite per ogni due orbite del pianeta successivo (chiamata risonanza 3:2), uno schema che si ripete tra i quattro pianeti più vicini.
Tra i pianeti più esterni, lo schema di quattro orbite ogni tre del pianeta successivo (risonanza 4:3) si ripete due volte. I pianeti hanno probabilmente eseguito questa stessa danza cosmica da quando il sistema si è formato miliardi di anni fa.
Questa stabilità significa che il sistema non ha subito gli urti e gli scossoni che normalmente si verificano quando si formano: collisioni e scontri, fusioni e disintegrazioni di pianeti in competizione per lo spazio. E questo, a sua volta, potrebbe dire qualcosa di importante sulla sua formazione.
La loro stabilità era così fin dall'inizio; le risonanze 3:2 e 4:3 dei pianeti sono quasi esattamente come erano al momento della loro formazione. Saranno necessarie misure più precise delle masse e delle orbite per affinare ulteriormente il quadro della formazione del sistema.
Un mistero cosmico
La scoperta di questo sistema è una specie di giallo. I primi indizi sono arrivati dal TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) della NASA, che traccia le piccole eclissi ("transiti") che i pianeti compiono quando attraversano le facce delle loro stelle.
Combinando le misurazioni del TESS, effettuate in osservazioni separate a distanza di due anni l'una dall'altra, è emersa una varietà di transiti per la stella ospite, chiamata HD 110067. Ma era difficile distinguere quanti pianeti ci fossero o quali fossero le loro orbite.
Infine, gli astronomi hanno selezionato i due pianeti più interni, con periodi orbitali (il loro anno) di 9 giorni per il pianeta più vicino e di 14 giorni per quello successivo. Un terzo pianeta, con una durata di circa 20 giorni, è stato identificato con l'aiuto dei dati di CHEOPS, il satellite di caratterizzazione degli esopianeti dell'Agenzia Spaziale Europea.
Poi gli scienziati hanno notato qualcosa di straordinario. Le orbite dei tre pianeti corrispondevano a ciò che ci si aspettava se fossero stati bloccati in una risonanza 3:2. I passi successivi hanno riguardato la matematica e la gravità.
Lavorare con i dati
Il team scientifico, guidato da Rafael Luque dell'Università di Chicago, ha esaminato un noto elenco di risonanze che potrebbero essere presenti in sistemi di questo tipo, cercando di abbinarle ai restanti transiti rilevati da TESS.
La catena di risonanze che corrispondeva suggeriva un quarto pianeta nel sistema, con un'orbita di circa 31 giorni. Erano stati osservati altri due transiti, ma le loro orbite non erano state considerate perché si trattava di osservazioni singole.
Gli scienziati hanno esaminato nuovamente l'elenco delle orbite possibili, per trovare altri due pianeti esterni che si adattassero alla catena di risonanze prevista. Il miglior risultato è stato trovato: un quinto pianeta con un'orbita di 41 giorni e un sesto di poco inferiore ai 55 giorni.
A questo punto, il team scientifico ha quasi raggiunto un punto morto. La parte delle osservazioni di TESS che aveva qualche possibilità di confermare le orbite previste dei due pianeti esterni era stata tralasciata durante l'elaborazione.
L'ultima risorsa
L'eccesso di luce diffusa dalla Terra e dalla Luna nel campo di osservazione sembrava ostacolare le osservazioni. Lo scienziato Joseph Twicken, del SETI Institute e dell'Ames Research Center della NASA, si rese conto del problema della luce diffusa.
Sapeva che lo scienziato David Rapetti, anch'egli dell'Ames e dell'University Space Research Association, stava lavorando a un nuovo codice per recuperare i dati dei transiti che si pensava fossero andati persi a causa della dispersione della luce.
Su suggerimento di Twicken, Rapetti ha applicato il suo nuovo codice ai dati di TESS. Ha trovato due transiti per i pianeti esterni, esattamente dove il team scientifico guidato da Luque aveva previsto.
Alla fine sono stati trovati sei pianeti subnettuniani con raggi che vanno da 1,94 a 2,85 raggi terrestri. Tre dei pianeti hanno masse con basse densità che suggeriscono la presenza di grandi atmosfere dominate dall'idrogeno. L'aspetto più spettacolare è che presentano risonanze mai viste prima.