Questo schizzo illustra un albero genealogico di esopianeti. I pianeti nascono da dischi vorticosi di gas e polvere chiamati dischi protoplanetari. I dischi danno origine a pianeti giganti come Giove e pianeti più piccoli per lo più tra le dimensioni della Terra e di Nettuno. I ricercatori che utilizzano i dati dell'Osservatorio WM Keck e della missione Kepler della NASA hanno scoperto che i pianeti più piccoli possono essere divisi in modo pulito in due gruppi di dimensioni:i pianeti rocciosi simili alla Terra e le super-Terre, e i mini-Nettuni gassosi. Credito:NASA/Kepler/Caltech (T. Pyle)
Dalla metà degli anni '90, quando fu scoperto il primo pianeta intorno a un'altra stella simile al sole, gli astronomi hanno accumulato quella che ora è una grande collezione di esopianeti, quasi 3, Finora ne sono stati confermati 500. In un nuovo studio condotto dal Caltech, i ricercatori hanno classificato questi pianeti più o meno allo stesso modo in cui i biologi identificano nuove specie animali e hanno appreso che la maggior parte degli esopianeti trovati fino ad oggi rientra in due gruppi di dimensioni distinte:pianeti rocciosi simili alla Terra e mini-Nettuni più grandi. Il team ha utilizzato i dati della missione Kepler della NASA e dell'Osservatorio W.M. Keck.
"Questa è una nuova importante divisione nell'albero genealogico dei pianeti, analogo a scoprire che mammiferi e lucertole sono rami distinti sull'albero della vita, "dice Andrew Howard, professore di astronomia al Caltech e ricercatore principale della nuova ricerca. L'autore principale del nuovo studio, da pubblicare in Il Giornale Astronomico , è Benjamin J. (B.J.) Fulton, uno studente laureato nel gruppo di Howard che divide il suo tempo tra il Caltech e l'Istituto di Astronomia dell'Università delle Hawaii.
In sostanza, la loro ricerca mostra che la nostra galassia ha una forte preferenza per due tipi di pianeti:pianeti rocciosi fino a 1,75 volte la dimensione della Terra, e mondi mini-Nettuno avvolti dal gas, che sono da 2 a 3,5 volte le dimensioni della Terra (o leggermente più piccole di Nettuno). La nostra galassia raramente crea pianeti con dimensioni comprese tra questi due gruppi.
"Agli astronomi piace mettere le cose nei secchi, "dice Fulton. "In questo caso, abbiamo trovato due secchi molto distinti per la maggior parte dei pianeti Keplero."
Dal lancio della missione Kepler nel 2009, ha individuato e confermato più di 2, 300 esopianeti. Keplero è specializzato nella ricerca di pianeti vicini alle loro stelle, quindi la maggior parte di questi pianeti orbitano più da vicino di Mercurio, che circonda il sole a circa un terzo della distanza Terra-Sole. La maggior parte di questi pianeti ravvicinati è risultata essere approssimativamente tra le dimensioni della Terra e Nettuno, che è circa 4 volte la dimensione della Terra. Ma, fino ad ora, si è scoperto che i pianeti avevano una varietà di dimensioni che abbracciavano questo intervallo e non si sapeva che rientrassero in due gruppi di dimensioni.
"Nel sistema solare, non ci sono pianeti con dimensioni comprese tra la Terra e Nettuno, "dice Erik Petigura, coautore dello studio e Hubble Postdoctoral Fellow al Caltech. "Una delle grandi sorprese di Keplero è che quasi ogni stella ha almeno un pianeta più grande della Terra ma più piccolo di Nettuno. Ci piacerebbe davvero sapere come sono questi misteriosi pianeti e perché non li abbiamo nel nostro sistema solare."
Keplero trova i pianeti cercando avvallamenti rivelatori nella luce delle stelle mentre passano davanti alle loro stelle. La dimensione del tuffo è correlata con la dimensione del pianeta. Ma per conoscere con precisione le dimensioni dei pianeti, le dimensioni delle stelle devono essere misurate.
Il team Caltech, insieme ai colleghi di diverse istituzioni, tra cui l'Università di Berkeley, l'Università delle Hawaii, Università di Harvard, Università di Princeton, e l'Università di Montreal, hanno esaminato più da vicino le dimensioni dei pianeti Kepler con l'aiuto dell'Osservatorio Keck. Hanno passato anni a ottenere dati spettrali sulle stelle che ospitano 2, 000 pianeti Keplero. I dati spettrali hanno permesso loro di ottenere misurazioni precise delle dimensioni delle stelle di Keplero; queste misurazioni, a sua volta, ha permesso ai ricercatori di determinare dimensioni più precise per i pianeti in orbita attorno a quelle stelle.
Credito:NASA/Kepler/Caltech (T. Pyle)
"Prima, ordinare i pianeti per dimensione era come cercare di ordinare i granelli di sabbia ad occhio nudo, "dice Fulton. "Ottenere gli spettri da Keck è come uscire e afferrare una lente d'ingrandimento. Abbiamo potuto vedere dettagli che prima non potevamo".
Con i nuovi dati di Keck, i ricercatori sono stati in grado di misurare le dimensioni del 2, 000 pianeti con una precisione 4 volte maggiore di quanto ottenuto in precedenza. Quando hanno esaminato la distribuzione delle dimensioni dei pianeti, hanno trovato una sorpresa:un sorprendente divario tra i gruppi di Terre rocciose e mini-Nettuni. Sebbene alcuni pianeti cadano nel vuoto, la maggioranza no.
La causa del divario non è chiara, ma gli scienziati hanno trovato due possibili spiegazioni. Il primo si basa sull'idea che alla natura piace creare molti pianeti più o meno delle dimensioni della Terra. Alcuni di quei pianeti, per ragioni non del tutto comprese, finiscono per acquisire abbastanza gas per "saltare il divario" e diventare mini-Nettuno gassosi.
"Un po' di idrogeno ed elio fa molto. Quindi, se un pianeta acquisisce solo l'1% di idrogeno ed elio in massa, è abbastanza per saltare il divario, " dice Howard. "Questi pianeti sono come rocce con grandi palloni di gas intorno a loro. L'idrogeno e l'elio che sono nel pallone non contribuiscono realmente alla massa del sistema nel suo insieme, ma contribuisce al volume in modo straordinario, rendendo i pianeti di dimensioni molto più grandi."
La seconda possibile ragione per cui i pianeti non atterrano nello spazio vuoto ha a che fare con i pianeti che perdono gas. Se un pianeta acquisisce solo un po' di gas, la giusta quantità per posizionarlo nello spazio vuoto, quel gas può essere bruciato quando esposto alle radiazioni della stella ospite.
"Un pianeta dovrebbe essere fortunato ad atterrare nel vuoto, e poi se lo ha fatto, probabilmente non sarebbe rimasto lì, " dice Howard. "È improbabile che un pianeta abbia la giusta quantità di gas per atterrare nel vuoto. E quei pianeti che hanno abbastanza gas possono vedersi spazzare via le loro atmosfere sottili. Entrambi gli scenari probabilmente ritagliano il divario nelle dimensioni dei pianeti che osserviamo".
Nel futuro, i ricercatori hanno in programma di studiare il contenuto di elementi pesanti di questi pianeti per saperne di più sulla loro composizione. "Viviamo in un'epoca d'oro dell'astronomia planetaria perché stiamo trovando migliaia di pianeti intorno ad altre stelle, " dice Petigura. "Attualmente stiamo lavorando per capire di cosa sono fatti questi mini-Nettuni, il che dovrebbe aiutare a spiegare perché questi pianeti si formano così facilmente attorno ad altre stelle e perché non si sono formati attorno al sole".
Lo studio, intitolato "The California-Kepler Survey. III. Un divario nel raggio di distribuzione dei piccoli pianeti, " è stato finanziato dalla NASA e dalla National Science Foundation.
