Concezione artistica di una giovane stella circondata da un disco rotante primordiale di gas e polvere da cui possono formarsi i pianeti. Credito:Robin Dienel, per gentile concessione del Carnegie Institution for Science
Un'analisi sorprendente della composizione degli esopianeti giganti gassosi e delle loro stelle ospiti mostra che non esiste una forte correlazione tra le loro composizioni quando si tratta di elementi più pesanti dell'idrogeno e dell'elio, secondo il nuovo lavoro guidato da Johanna Teske di Carnegie e pubblicato nel Giornale Astronomico . Questa scoperta ha importanti implicazioni per la nostra comprensione del processo di formazione planetaria.
Nella loro giovinezza, le stelle sono circondate da un disco rotante di gas e polvere da cui nascono i pianeti. Gli astronomi si sono chiesti da tempo quanto la composizione di una stella determini la materia prima da cui sono costruiti i pianeti, una domanda che è più facile da sondare ora che sappiamo che la galassia pullula di esopianeti.
"Comprendere la relazione tra la composizione chimica di una stella e i suoi pianeti potrebbe aiutare a far luce sul processo di formazione planetaria, "Teske ha spiegato.
Per esempio, ricerche precedenti hanno indicato che la presenza di pianeti giganti gassosi aumenta intorno alle stelle con una maggiore concentrazione di elementi pesanti, quegli elementi diversi dall'idrogeno e dall'elio. Questo è pensato per fornire prove per una delle principali teorie in competizione su come si formano i pianeti, che propone che i pianeti giganti gassosi siano costruiti dal lento accrescimento del materiale del disco fino alla formazione di un nucleo di circa 10 volte la massa della Terra. A questo punto, l'interno solido del piccolo planetario è in grado di circondarsi di elio e idrogeno gassoso, dando vita a un pianeta gigante maturo.
"Il lavoro precedente ha esaminato la relazione tra la presenza di pianeti e la quantità di ferro presente nella stella ospite, ma volevamo espanderlo per includere il contenuto di elementi pesanti dei pianeti stessi, e guardare più del semplice ferro, " ha spiegato il co-autore Daniel Thorngren, che ha completato gran parte del lavoro come studente laureato presso l'UC Santa Cruz ed è ora all'Université de Montréal.
Concezione artistica di Kepler-432b. Attestazione:MarioProtIV, Wikimedia Commons.
Teske, Thorngren e i loro colleghi:Jonathan Fortney dell'UC Santa Cruz, Natalie Hinkel del Southwest Research Institute, e John Brewer della San Francisco State University, hanno confrontato il contenuto di elementi pesanti sfusi di 24 cool, pianeti giganti gassosi alle abbondanze di carbonio "elementi formanti pianeti", ossigeno, magnesio, silicio, ferro da stiro, e nichel nelle loro 19 stelle ospiti. (Alcune stelle ospitano più pianeti.)
Sono rimasti sorpresi nello scoprire che non c'era alcuna correlazione tra la quantità di elementi pesanti in questi pianeti giganti e la quantità di questi elementi che formano i pianeti nelle stelle che li ospitano. Allora come possono gli astronomi spiegare la tendenza consolidata secondo cui le stelle ricche di elementi pesanti sono più probabili ospitare pianeti giganti gassosi?
"Svelare questa discrepanza potrebbe rivelare nuovi dettagli sul processo di formazione del pianeta, " ha spiegato Fortney. "Per esempio, quali altri fattori stanno contribuendo alla composizione di un pianeta bambino mentre si forma? Forse la sua posizione nel disco e la distanza dai vicini. È necessario più lavoro per rispondere a queste domande cruciali".
Un indizio può venire dai risultati combinati degli autori che raggruppano gli elementi pesanti in raggruppamenti che riflettono le loro caratteristiche. Gli autori hanno visto una correlazione provvisoria tra gli elementi pesanti di un pianeta e la relativa abbondanza di carbonio e ossigeno della sua stella ospite, che sono chiamati elementi volatili, rispetto al resto degli elementi inclusi in questo studio, che rientrano nel gruppo chiamato elementi refrattari. Questi termini si riferiscono ai bassi punti di ebollizione degli elementi - volatilità - o ai loro alti punti di fusione - nel caso degli elementi refrattari. Gli elementi volatili possono rappresentare una composizione planetaria ricca di ghiaccio, mentre gli elementi refrattari possono indicare una composizione rocciosa.
Teske ha dichiarato:"Sono entusiasta di esplorare ulteriormente questo risultato provvisorio, e speriamo di aggiungere ulteriori informazioni alla nostra comprensione delle relazioni tra le composizioni stellari e planetarie dalle prossime missioni come il James Webb Space Telescope della NASA, che sarà in grado di misurare elementi nelle atmosfere degli esopianeti".
