Un legame compositivo tra i pianeti e la rispettiva stella ospite è stato a lungo ipotizzato in astronomia. Per la prima volta adesso, un team di scienziati fornisce prove empiriche a sostegno dell'ipotesi e in parte la contraddice allo stesso tempo.

Stelle e pianeti sono formati dallo stesso gas e polvere cosmici. Nel corso del processo formativo, parte del materiale si condensa e forma pianeti rocciosi, il resto viene accumulato dalla stella o diventa parte dei pianeti gassosi. L'ipotesi di una connessione tra la composizione delle stelle e dei loro pianeti è quindi ragionevole ed è confermata, Per esempio, nel sistema solare dalla maggior parte dei pianeti rocciosi (l'eccezione è Mercurio). Tuttavia, ipotesi, soprattutto in astrofisica, non sempre si rivelano vere. Uno studio condotto dall'Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) in Portogallo, che coinvolge anche ricercatori del NCCR PlanetS dell'Università di Berna e dell'Università di Zurigo, pubblicato oggi sulla rivista Scienza , fornisce la prima prova empirica di questa ipotesi, e allo stesso tempo la contraddice in parte.

Stella condensata contro pianeta roccioso

Per determinare se le composizioni delle stelle e dei loro pianeti sono correlate, il team ha confrontato misurazioni molto precise di entrambi. Per le stelle, la loro luce emessa è stata misurata, che porta la caratteristica impronta spettroscopica della loro composizione. La composizione dei pianeti rocciosi è stata determinata indirettamente:la loro densità e composizione sono state derivate dalla massa e dal raggio misurati. Solo di recente sono stati misurati abbastanza pianeti in modo così preciso da rendere possibili indagini significative di questo tipo.

"Ma poiché le stelle e i pianeti rocciosi sono di natura molto diversa, il confronto della loro composizione non è immediato, "come Christoph Mordasini, coautore dello studio, docente di astrofisica all'università di Berna e membro del NCCR PlanetS inizia a spiegare. "Anziché, abbiamo confrontato la composizione dei pianeti con una teoria, versione raffreddata della loro stella. Mentre la maggior parte del materiale della stella, principalmente idrogeno ed elio, rimane sotto forma di gas quando si raffredda, una piccola frazione si condensa, costituito da materiale roccioso come ferro e silicato, " spiega Christoph Mordasini.

All'Università di Berna, il "Modello di Berna di Formazione ed Evoluzione dei Pianeti" è stato continuamente sviluppato dal 2003 (vedi infobox). Christoph Mordasini afferma che "le intuizioni sui molteplici processi coinvolti nella formazione e nell'evoluzione dei pianeti sono integrate nel modello". Utilizzando questo modello di Berna, i ricercatori sono stati in grado di calcolare la composizione di questo materiale che forma la roccia della stella raffreddata. "Abbiamo poi confrontato questo con i pianeti rocciosi, "dice Christoph Mordasini.

Indicazioni dell'abitabilità dei pianeti

"I nostri risultati mostrano che le nostre ipotesi sulla composizione di stelle e pianeti non erano fondamentalmente sbagliate:la composizione dei pianeti rocciosi è infatti intimamente legata alla composizione della loro stella ospite. Tuttavia, la relazione non è così semplice come ci aspettavamo, "autore principale dello studio e ricercatore presso l'IA, Vardan Adibekyan, dice. Quello che gli scienziati si aspettavano, era che l'abbondanza di questi elementi da parte della stella fissa il limite superiore possibile. "Eppure per alcuni pianeti, l'abbondanza di ferro nel pianeta è persino maggiore che nella stella" come Caroline Dorn, che è coautore dello studio ed è membro del NCCR PlanetS nonché Ambizione Fellow presso l'Università di Zurigo, spiega. "Ciò potrebbe essere dovuto a impatti giganteschi su questi pianeti che rompono parte dell'esterno, materiali più leggeri, mentre rimane il denso nucleo di ferro, " secondo il ricercatore. I risultati potrebbero quindi fornire agli scienziati indizi sulla storia dei pianeti.

"I risultati di questo studio sono anche molto utili per vincolare le composizioni planetarie che si assumono in base alla densità calcolata dalle misurazioni di massa e raggio, " spiega Christoph Mordasini. "Poiché più di una composizione può adattarsi a una certa densità, i risultati del nostro studio ci dicono che possiamo restringere le potenziali composizioni, in base alla composizione della stella ospitante, " dice Mordasini. E poiché l'esatta composizione di un pianeta influenza, Per esempio, quanto materiale radioattivo contiene o quanto è forte il suo campo magnetico, può determinare se il pianeta è favorevole alla vita o meno.

"Modello di Berna di formazione ed evoluzione del pianeta"

È possibile fare dichiarazioni su come si è formato un pianeta e su come si è evoluto utilizzando il "Modello di Berna per la formazione e l'evoluzione del pianeta". Il modello di Berna è stato continuamente sviluppato presso l'Università di Berna dal 2003. Nel modello sono integrati approfondimenti sui molteplici processi coinvolti nella formazione e nell'evoluzione dei pianeti. Questi sono, Per esempio, sottomodelli di accrescimento (crescita del nucleo di un pianeta) o di come i pianeti interagiscono gravitazionalmente e si influenzano a vicenda, e dei processi nei dischi protoplanetari in cui si formano i pianeti. Il modello viene utilizzato anche per creare le cosiddette sintesi di popolazione, che mostrano quali pianeti si sviluppano con quale frequenza in determinate condizioni in un disco protoplanetario.