A solo l'1% dell'età del sole, il sistema binario DS Tuc ci mostra come un pianeta potrebbe svilupparsi naturalmente prima che la sua orbita sia disturbata da forze esterne.

Un giovane pianeta situato a 150 anni luce di distanza ha dato agli astrofisici dell'UNSW Sydney una rara possibilità di studiare un sistema planetario in divenire.

Le scoperte, recentemente pubblicato in Giornale Astronomico , suggeriscono che il pianeta DS Tuc Ab, che orbita attorno a una stella in un sistema binario, si sia formato senza essere pesantemente colpito dall'attrazione gravitazionale della seconda stella.

"Ci aspettavamo che l'attrazione della seconda stella inclinasse il disco rotante di gas e polvere che un tempo circondava la stella principale, un processo che avrebbe deviato l'orbita del pianeta, "dice il dottor Benjamin Montet, Scientia Fellow presso UNSW Sydney e autore principale dello studio.

"Sorprendentemente, non abbiamo trovato prove che l'orbita del pianeta sia stata colpita. Abbiamo anche scoperto che il pianeta si è formato attraverso processi relativamente calmi, il che significa che potrebbe essere possibile per i pianeti simili alla Terra sopravvivere in sistemi binari come questo".

Il Dr. Montet ha lavorato con un team internazionale di ricercatori presso i Magellan Telescopes situati presso l'Osservatorio di Las Campanas in Cile. Hanno usato lo spettrografo Planet Finder per misurare l'effetto Rossiter-McLaughlin, che è l'angolo relativo tra l'orbita del pianeta e lo spin della sua stella.

Hanno scoperto che il pianeta DS Tuc Ab orbita attorno alla sua stella in un piano relativamente piatto, a circa 12 gradi di inclinazione dall'asse di rotazione della stella. Questa bassa pendenza, chiamata obliquità, suggerisce che l'attrazione della stella compagna non abbia inclinato significativamente l'orbita del disco protoplanetario dove si è formato DS Tuc Ab.

Mentre i pianeti del sistema solare hanno tutti una bassa obliquità, è insolito per pianeti come DS Tuc Ab.

"La maggior parte dei pianeti simili orbitano attorno alla loro stella ad angoli casuali, a volte raggiungendo fino a 90 gradi sopra l'asse della loro stella, " dice il dottor Montet.

"Il sistema DS Tuc è la prima prova che gli angoli orbitali più elevati non vengono definiti all'inizio della vita di una stella:sono un effetto che si verifica solo in seguito".

A 40 milioni di anni, il gigante gassoso DS Tuc Ab è considerato un "preadolescente" negli anni planetari. Ci sono meno di dieci pianeti di cui sappiamo che sono così giovani.

La sua età è un'occasione unica per gli astrofisici di studiare un sistema in via di sviluppo prima che le influenze esterne interferiscano.

"Per scoprire quanto durano i sistemi planetari, abbiamo bisogno di sistemi troppo giovani per passare attraverso interazioni dinamiche, ma abbastanza vecchio da aver formato pianeti. Il sistema DS Tuc è esattamente in quella nicchia, " dice il dottor Montet.

DS Tuc Ab:un "Nettuno caldo"

Il pianeta DS Tuc Ab è un pianeta gassoso delle dimensioni di Nettuno che orbita intorno alla sua stella da vicino e rapidamente:un giro intorno alla sua stella richiede solo 8,1 giorni. Questi tipi di pianeti sono conosciuti come "Hot Neptunes" per le loro alte velocità e la vicinanza alle loro stelle.

I Nettuni caldi sono diversi da qualsiasi cosa abbiamo nel sistema solare.

Anche il pianeta più piccolo e più vicino al nostro sole, Mercurio, impiega quasi 100 giorni per completare la sua orbita. Il nostro pianeta gassoso più vicino, Giove, impiega oltre 4300 giorni.

È improbabile che i pianeti gassosi giganti si sviluppino vicino alle loro stelle. L'attuale comprensione è che si formano più lontano e, col tempo, una forza li fa avvicinare alle loro stelle.

Gli scienziati vogliono sapere cos'è quella forza.

"Ci sono due teorie principali su come Hot Neptunes sia arrivato così vicino alle loro stelle, " dice il dottor Montet.

"Una teoria è che una forza esterna, potenzialmente una collisione di più corpi nelle vicinanze, li 'calci' più vicino, dove oscillano e alla fine si stabiliscono su una nuova orbita.

"Un'altra teoria è che i processi regolari all'interno del disco planetario creano una forza che avvicina gradualmente il pianeta alla stella".

Testare l'obliquità può aiutare gli scienziati a scoprire quale forza era in gioco. Si ritiene che i pianeti con obliquità basse siano formati da processi discreti lisci, mentre processi più drammatici porteranno a obliquità casuali o elevate.

Però, gli astrofisici sono stati recentemente incuriositi dal suggerimento che le stelle binarie larghe possono inclinare l'orbita di giovani pianeti attorno alle loro stelle, mentre questo processo sarebbe regolare, risulterebbe in pianeti con elevate inclinazioni orbitali.

"Se è vero, questo capovolgerebbe la nostra teoria sulla formazione dei pianeti!" afferma il dott. Montet.

Sebbene tale teoria non fosse supportata dalla bassa obliquità di DS Tuc Ab, gli scienziati stanno cercando nei cieli più giovani sistemi binari da testare.

La prossima generazione di sistemi planetari

Quando si tratta di imparare dai sistemi stellari, molti dei sistemi che possiamo osservare oggi forniscono una storia imprecisa del passato del sistema.

"I sistemi odierni non sono puri laboratori, " dice il dottor Montet.

"Nel corso di miliardi di anni, le interazioni pianeta-pianeta e pianeta-stella possono disperdersi, coppia, migrare, e disturbare le orbite, rendendo ciò che vediamo oggi molto diverso da come si sono formati inizialmente".

I pianeti impiegano dai 10 ai 100 milioni di anni per formarsi, ma la maggior parte dei pianeti visibili dalla Terra sono molto più antichi. Il sistema DS Tuc ha 45 milioni di anni, solo l'1% dell'età del sole.

"DS Tuc Ab ha un'età interessante, " dice il dottor Montet. "Il disco protoplanetario si è dissipato, e possiamo vedere il pianeta, ma è ancora troppo giovane perché l'orbita di altre stelle lontane possa manipolare il suo percorso.

"Ci dà la possibilità di comprendere le dinamiche di formazione del pianeta in un modo che una stella di cinque miliardi di anni non fa".

DS Tuc A è la stella più giovane per la quale sia mai stato misurato l'allineamento spin-orbita.

Cercando i cieli

DS Tuc Ab è visibile solo dall'emisfero australe. È stato scoperto l'anno scorso attraverso la missione Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA, una missione di rilevamento di tutto il cielo che mira a scoprire migliaia di esopianeti vicino a stelle luminose.

Montet ha lavorato a stretto contatto con i ricercatori delle università di Harvard e Carnegie, che ha anche misurato l'obliquità di DS Tuc Ab ma ha usato il metodo della tomografia Doppler.

"Le prime ricerche sugli esopianeti sono state effettuate in strutture nell'emisfero settentrionale, e così hanno perso molti dei pianeti all'estremo sud, " dice il dottor Montet.

"La missione TESS della NASA sta cambiando le cose. Sta trovando tutti questi pianeti attorno a stelle che in precedenza non erano stati perquisiti".

Il Dr. Montet e il suo team stanno conducendo uno sforzo per trovare e caratterizzare più pianeti attorno a giovani stelle. Sperano di studiare come l'attività stellare, come brillamenti stellari e macchie stellari, potrebbe influenzare il rilevamento e l'abitabilità del pianeta.

"Trovare pianeti giovani è una sfida. Abbiamo davvero bisogno di capire il comportamento della stella madre per essere in grado di trovare i segnali superficiali di questi pianeti che possono essere sopraffatti da macchie stellari e brillamenti, "dice Adina Feinstein, un ricercatore laureato della National Science Foundation presso l'Università di Chicago e coautore dello studio.

"Non c'è motivo per cui pianeti simili alla Terra non possano formarsi e sopravvivere in sistemi Hot Nettuno come questo, " dice il dottor Montet.

"Dobbiamo solo uscire e trovarli."