Questa simulazione del disco di gas e polvere che circonda una giovane stella mostra la formazione di densi grumi nel materiale. Secondo il metodo proposto per l'instabilità del disco della formazione dei pianeti, si contrarranno e si fonderanno in un piccolo pianeta gigante gassoso. Credito:Alan Boss
Esiste una popolazione non ancora vista di pianeti simili a Giove in orbita attorno a stelle simili al Sole, in attesa di essere scoperti da future missioni come il telescopio spaziale WFIRST della NASA, secondo i nuovi modelli di formazione dei pianeti giganti gassosi di Alan Boss di Carnegie, descritto in una prossima pubblicazione su The Giornale Astrofisico . I suoi modelli sono supportati da un nuovo Scienza articolo sulla sorprendente scoperta di un pianeta gigante gassoso in orbita attorno a una stella di piccola massa.
"Gli astronomi hanno fatto un salto di qualità nella ricerca e nel rilevamento di esopianeti di ogni dimensione e striscia dal primo esopianeta confermato, un caldo Giove, è stato scoperto nel 1995, " Boss ha spiegato. "Letteralmente migliaia e migliaia sono stati trovati fino ad oggi, con masse che vanno da meno di quella terrestre, a molte volte la massa di Giove."
Ma ci sono ancora lacune nelle conoscenze degli scienziati sugli esopianeti che orbitano attorno alle loro stelle a distanze simili a quelle alle quali i giganti gassosi del nostro Sistema Solare orbitano attorno al Sole. In termini di massa e periodo orbitale, pianeti come Giove rappresentano una popolazione particolarmente piccola degli esopianeti conosciuti, ma non è ancora chiaro se ciò sia dovuto a distorsioni nelle tecniche di osservazione utilizzate per trovarli, che favoriscono i pianeti con orbite di breve periodo rispetto a quelli con orbite di lungo periodo, o se ciò rappresenti un effettivo deficit nella demografia degli esopianeti.
Tutte le recenti scoperte di esopianeti hanno portato a una rinnovata attenzione sui modelli teorici di formazione dei pianeti. Esistono due meccanismi principali per prevedere come si formano i pianeti giganti gassosi dal disco rotante di gas e polvere che circonda una giovane stella:dal basso verso l'alto, chiamato accrescimento del nucleo, e dall'alto verso il basso, chiamata instabilità del disco.
Il primo si riferisce alla costruzione lenta di un pianeta attraverso le collisioni di materiali sempre più grandi:granelli di polvere solida, ciottoli, massi, ed eventualmente planetesimi. Quest'ultimo si riferisce a un processo rapidamente innescato che si verifica quando il disco è massiccio e abbastanza freddo da formare bracci a spirale e quindi densi grumi di gas e polvere autogravitanti si contraggono e si fondono in un pianeta bambino.
Mentre l'accrescimento del nucleo è considerato il meccanismo di consenso per la formazione dei pianeti, Boss è stato a lungo un sostenitore del meccanismo di instabilità del disco in competizione, risalente ad un seminale 1997 Scienza carta.
La scoperta appena pubblicata da un team guidato dall'Istituto per gli studi spaziali della Catalogna di una stella che ha un decimo della massa del nostro Sole e ospita almeno un pianeta gigante gassoso sta sfidando il metodo di accrescimento del nucleo.
La scatola nera che incapsula Giove denota la regione approssimativa dello spazio di scoperta degli esopianeti in cui i nuovi modelli di Alan Boss della formazione di pianeti giganti gassosi suggeriscono che resta da trovare un numero significativo di esopianeti mediante indagini dirette di imaging delle stelle vicine. La missione WFIRST della NASA, previsto per il lancio nel 2025, testerà la tecnologia per un coronografo (CGI) che sarebbe in grado di rilevare questi presunti esopianeti. Credito:Alan Boss
La massa di un disco dovrebbe essere proporzionale alla massa della giovane stella attorno alla quale ruota. Il fatto che almeno un gigante gassoso, forse due, sia stato trovato attorno a una stella molto più piccola del nostro Sole indica che il disco originale era enorme, o che l'accrescimento del nucleo non funziona in questo sistema. I periodi orbitali per le stelle di massa inferiore sono più lunghi, che impedisce all'accrescimento del nucleo di formare giganti gassosi prima che il gas del disco scompaia, poiché l'accrescimento del core è un processo molto più lento dell'instabilità del disco, secondo Boss.
"È una grande conferma per il metodo dell'instabilità del disco e una dimostrazione di come una scoperta insolita possa far oscillare il pendolo sulla nostra comprensione di come si formano i pianeti, " ha detto uno dei membri del gruppo di ricerca dell'IEEC, Guillem Anglada-Escudé, lui stesso un ex postdoc Carnegie.
Le ultime simulazioni di Boss seguono l'evoluzione tridimensionale degli hot disk che iniziano in una configurazione stabile. Su diverse scale temporali, questi dischi si raffreddano e formano bracci a spirale, alla fine con conseguente densi grumi che rappresentano protopianeti appena nati. Le loro masse e distanze dalla stella ospite sono simili a quelle di Giove e Saturno.
"I miei nuovi modelli mostrano che l'instabilità del disco può formare densi grumi a distanze simili a quelle dei pianeti giganti del Sistema Solare, " ha detto Boss. "Il censimento degli esopianeti è ancora molto in corso, e questo lavoro suggerisce che ci sono molti altri giganti gassosi là fuori che aspettano di essere contati".
