Scattare una foto di un esopianeta, un pianeta in un sistema solare oltre il nostro sole, non è un compito facile. La luce della stella madre di un pianeta supera di gran lunga la luce del pianeta stesso, rendendo il pianeta difficile da vedere. Anche se scattare una foto di un piccolo pianeta roccioso come la Terra non è ancora fattibile, i ricercatori hanno fatto passi da gigante scattando immagini di circa 20 corpi giganti simili a pianeti. Questi oggetti, conosciuti come compagni di massa planetaria, sono più massicci di Giove, orbitano lontano dal bagliore delle loro stelle, e sono abbastanza giovani da brillare ancora per il calore della loro formazione, tutti tratti che li rendono più facili da fotografare.

Ma rimane una grande domanda:questi compagni di massa planetaria sono davvero pianeti, o sono invece piccole stelle "fallite" chiamate nane brune? Le nane brune si formano come le stelle, da nubi di gas che collassano, ma non hanno la massa per accendersi e brillare di luce stellare. Possono essere trovati galleggianti da soli nello spazio, oppure possono essere trovati in orbita con altre nane brune o stelle. Le nane brune più piccole hanno dimensioni simili a Giove e sembrerebbero proprio come un pianeta quando orbita attorno a una stella.

I ricercatori del Caltech hanno adottato un nuovo approccio al mistero:hanno misurato le velocità di rotazione di tre dei compagni di massa planetaria fotografati e le hanno confrontate con le velocità di rotazione delle piccole nane brune. I risultati offrono una nuova serie di indizi che suggeriscono come potrebbero essersi formati i compagni.

"Questi compagni con le loro masse elevate e le ampie separazioni potrebbero essersi formati sia come pianeti che come nane brune, " dice la studentessa laureata Marta Bryan (MS '14), autore principale di un nuovo studio che descrive i risultati nella rivista Astronomia della natura . "In questo studio, volevamo far luce sulle loro origini".

"Queste nuove misurazioni di spin suggeriscono che se questi corpi sono pianeti massicci situati lontano dalle loro stelle, hanno proprietà molto simili a quelle delle più piccole nane brune, "dice Heather Knutson, professore di scienze planetarie al Caltech e coautore dell'articolo.

Gli astronomi hanno utilizzato l'Osservatorio W. M. Keck alle Hawaii, gestito da Caltech, l'Università della California, e la NASA, per misurare la velocità di rotazione, o la lunghezza di un giorno, di tre compagni di massa planetari noti come ROXs 42B b, GSC 6214-210 b, e VHS 1256-1257 b. Hanno usato uno strumento a Keck chiamato Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) per sezionare la luce proveniente dai compagni. Mentre gli oggetti ruotano sui loro assi, la luce dal lato che si volge verso di noi si fa più corta, lunghezze d'onda più blu, mentre la luce dal lato sfuggente si sposta più a lungo, lunghezze d'onda più rosse. Il grado di questo spostamento indica la velocità di un corpo rotante. I risultati hanno mostrato che le velocità di rotazione dei tre compagni variavano tra 6 e 14 chilometri al secondo, simili ai tassi di rotazione dei pianeti giganti gassosi del nostro sistema solare Saturno e Giove.

Per lo studio, i ricercatori hanno incluso anche i due compagni di massa planetaria per i quali erano già state misurate le velocità di rotazione. Uno, Pictoris b, ha una velocità di rotazione di 25 chilometri al secondo, la velocità di rotazione più veloce di qualsiasi corpo di massa planetaria misurata finora.

I ricercatori hanno confrontato i tassi di rotazione per i cinque compagni con quelli misurati in precedenza per le piccole nane brune fluttuanti. Gli intervalli di velocità di rotazione per le due popolazioni erano indistinguibili. In altre parole, i compagni stanno roteando sui propri assi all'incirca alla stessa velocità delle loro controparti nane brune fluttuanti.

I risultati suggeriscono due possibilità. Uno è che i compagni di massa planetaria sono in realtà nane brune. La seconda possibilità è che i compagni esaminati in questo studio siano pianeti che si sono formati, proprio come fanno i pianeti, da dischi di materia che vorticano intorno alle loro stelle, ma per ragioni non ancora comprese, gli oggetti finirono con velocità di rotazione simili a quelle delle nane brune. Alcuni ricercatori pensano che sia i pianeti di nuova formazione che le nane brune siano circondati da dischi di gas in miniatura che potrebbero aiutare a rallentare la loro velocità di rotazione. In altre parole, processi fisici simili possono lasciare pianeti e nane brune con velocità di rotazione simili.

"È una questione di natura contro educazione, " dice Knutson. "Se i compagni planetari fossero nati come nane brune, o hanno semplicemente finito per comportarsi come loro con giri simili?"

Il team dice anche che i compagni girano più lentamente del previsto. I pianeti in crescita tendono a essere spinti dal materiale che attirano da un disco di gas circostante, allo stesso modo in cui i pattinatori su ghiaccio che girano aumentano la loro velocità, o momento angolare, quando tirano dentro le braccia. Le velocità di rotazione relativamente lente osservate per questi oggetti indicano che sono stati in grado di frenare efficacemente questo processo di spin-up, forse trasferendo parte di questo momento angolare ai dischi di gas che circondano. I ricercatori stanno pianificando studi futuri sulle velocità di rotazione per approfondire la questione.

"Le velocità di rotazione dei corpi di massa planetaria al di fuori del nostro sistema solare non sono state completamente esplorate, "dice Bryan. "Stiamo iniziando solo ora a utilizzare questo strumento come strumento per comprendere le storie di formazione degli oggetti di massa planetaria".