Mentre i pianeti si formano nel vortice di gas e polvere attorno alle giovani stelle, sembra esserci un punto debole dove la maggior parte dei grandi, I giganti gassosi simili a Giove si radunano, centrato attorno all'orbita in cui si trova Giove oggi nel nostro sistema solare.

La posizione di questo punto debole è tra 3 e 10 volte la distanza che la Terra si trova dal nostro sole (3-10 unità astronomiche, o AU). Giove è a 5,2 AU dal nostro sole.

Questa è solo una delle conclusioni di un'analisi senza precedenti di 300 stelle catturate dal Gemini Planet Imager, o GPI, un sensibile rivelatore a infrarossi montato sul telescopio Gemini South di 8 metri in Cile.

L'indagine GPI sugli esopianeti, o GPIES, è uno dei due grandi progetti che cercano direttamente gli esopianeti, bloccando la luce delle stelle e fotografando i pianeti stessi, invece di cercare oscillazioni rivelatrici nella stella - il metodo della velocità radiale - o per i pianeti che si incrociano davanti alla stella - la tecnica del transito. La fotocamera GPI è sensibile al calore emesso da pianeti e nane brune di recente formazione, che sono più massicci dei pianeti giganti gassosi, ma ancora troppo piccolo per innescare la fusione e diventare stelle.

L'analisi delle prime 300 delle oltre 500 stelle rilevate dal GPIES, pubblicato il 12 giugno nel Il Giornale Astronomico , "è una pietra miliare, " disse Eugene Chiang, un professore di astronomia dell'UC Berkeley e membro del gruppo di teoria della collaborazione. "Ora abbiamo statistiche eccellenti sulla frequenza con cui si verificano i pianeti, la loro distribuzione di massa e la distanza dalle loro stelle. È l'analisi più completa che abbia mai visto in questo campo".

Lo studio integra le precedenti indagini sugli esopianeti contando pianeti tra 10 e 100 UA, un intervallo in cui è improbabile che il rilevamento del transito del telescopio spaziale Kepler e le osservazioni della velocità radiale rilevino i pianeti. Era guidato da Eric Nielsen, uno scienziato ricercatore presso il Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology presso la Stanford University, e ha coinvolto più di 100 ricercatori in 40 istituzioni in tutto il mondo, compresa l'Università della California, Berkeley.

Un nuovo pianeta, una nuova nana bruna

Da quando l'indagine GPIES è iniziata cinque anni fa, il team ha ripreso sei pianeti e tre nane brune in orbita attorno a queste 300 stelle. Il team stima che circa il 9% delle stelle massicce abbia giganti gassosi tra 5 e 13 masse di Giove oltre una distanza di 10 AU, e meno dell'1% ha nane brune tra 10 e 100 UA.

Il nuovo set di dati fornisce importanti informazioni su come e dove si formano oggetti enormi all'interno dei sistemi planetari.

"Mentre esci dalla stella centrale, i pianeti giganti diventano più frequenti. Circa 3-10 AU, i picchi del tasso di occorrenza, "Chiang ha detto. "Sappiamo che raggiunge il picco perché le indagini Kepler e la velocità radiale rilevano un aumento del tasso, passando da Giove caldi molto vicini alla stella a Giove a poche UA dalla stella. GPI ha riempito l'altra estremità, passando da 10 a 100 AU, e constatare che il tasso di occorrenza diminuisce; i pianeti giganti si trovano più frequentemente a 10 che a 100. Se combini tutto, c'è un punto debole per la presenza di un pianeta gigante intorno a 3-10 UA".

"Con futuri osservatori, in particolare il Thirty-Meter Telescope e ambiziose missioni spaziali, inizieremo a immaginare i pianeti che risiedono nel punto debole per le stelle simili al sole, " ha detto il membro del team Paul Kalas, un professore a contratto di astronomia all'Università di Berkeley.

L'indagine sugli esopianeti ha scoperto solo un pianeta precedentemente sconosciuto:51 Eridani b, quasi tre volte la massa di Giove - e una nana bruna precedentemente sconosciuta - HR 2562 B, con un peso di circa 26 masse di Giove. Nessuno dei pianeti giganti ripresi era intorno a stelle simili al sole. Anziché, pianeti gassosi giganti sono stati scoperti solo intorno a stelle più massicce, almeno il 50 per cento più grande del nostro sole, o 1,5 masse solari.

"Dato ciò che noi e altri sondaggi abbiamo visto finora, il nostro sistema solare non assomiglia ad altri sistemi solari, " disse Bruce Macintosh, il ricercatore principale per GPI e professore di fisica a Stanford. "Non abbiamo tanti pianeti così vicini al sole quanto loro alle loro stelle e ora abbiamo prove provvisorie che un altro modo in cui potremmo essere rari è avere questo tipo di pianeti con Giove in su".

"Il fatto che i pianeti giganti siano più comuni intorno a stelle più massicce delle stelle simili al sole è un puzzle interessante, " disse Ciang.

Poiché molte stelle visibili nel cielo notturno sono giovani stelle massicce chiamate stelle A, questo significa che "le stelle che puoi vedere nel cielo notturno con il tuo occhio hanno maggiori probabilità di avere pianeti di massa di Giove intorno a loro rispetto alle stelle più deboli che hai bisogno di un telescopio per vedere, " Kalas ha detto. "Questo è piuttosto fresco."

L'analisi mostra anche che i pianeti giganti gassosi e le nane brune, mentre apparentemente su un continuum di massa crescente, possono essere due popolazioni distinte che si sono formate in modi diversi. I giganti gassosi, fino a circa 13 volte la massa di Giove, sembrano essersi formati dall'accumulo di gas e polvere su oggetti più piccoli, dal basso verso l'alto. nane brune, tra 13 e 80 masse di Giove, formati come stelle, per collasso gravitazionale - dall'alto verso il basso - all'interno della stessa nube di gas e polvere che ha dato origine alle stelle.

"Penso che questa sia la prova più chiara che abbiamo che questi due gruppi di oggetti, pianeti e nane brune, forma diversamente, "Chiang ha detto. "Sono davvero mele e arance."

L'imaging diretto è il futuro

Il Gemini Planet Imager può visualizzare nitidamente i pianeti intorno a stelle lontane, grazie all'ottica adattiva estrema, che rileva rapidamente la turbolenza nell'atmosfera e riduce la sfocatura regolando la forma di uno specchio flessibile. Lo strumento rileva il calore dei corpi ancora incandescenti dalla propria energia interna, come pianeti extrasolari di grandi dimensioni, tra 2 e 13 volte la massa di Giove, e giovane, meno di 100 milioni di anni, rispetto all'età del nostro sole di 4,6 miliardi di anni. Anche se blocca la maggior parte della luce dalla stella centrale, il bagliore limita ancora GPI a vedere solo pianeti e nane brune lontani dalle stelle in cui orbitano, tra circa 10 e 100 AU.

Il team prevede di analizzare i dati sulle stelle rimanenti nel sondaggio, sperando in una maggiore comprensione dei tipi e delle dimensioni più comuni di pianeti e nane brune.

Chiang ha notato che il successo di GPIES mostra che l'imaging diretto diventerà sempre più importante nello studio degli esopianeti, soprattutto per capire la loro formazione.

"L'imaging diretto è il modo migliore per raggiungere i giovani pianeti, " disse. "Quando i giovani pianeti si stanno formando, le loro giovani stelle sono troppo attive, troppo nervoso, for radial velocity or transit methods to work easily. But with direct imaging, seeing is believing."