Rappresentazione artistica di un satellite che si forma attorno a un gigantesco pianeta gassoso che si sta ancora formando attorno a una stella. Credito:Università di Nagoya
Le simulazioni numeriche mostrano che il gradiente di temperatura nel disco di gas attorno a un giovane pianeta gigante gassoso potrebbe svolgere un ruolo fondamentale nello sviluppo di un sistema satellitare dominato da un'unica grande luna, simile a Titano nel sistema di Saturno. I ricercatori hanno scoperto che la polvere nel disco circumplanetario può creare una "zona di sicurezza" che impedisce alla luna di cadere nel pianeta mentre il sistema si evolve.
Gli astronomi credono che molte delle lune che vediamo nel sistema solare, lune particolarmente grandi, formato insieme al pianeta genitore. In questo scenario, le lune si formano dal gas e dalla polvere che ruotano attorno al pianeta ancora in formazione. Ma le simulazioni precedenti hanno portato alla caduta di tutte le grandi lune nel pianeta e all'essere inghiottite, o più grandi lune rimanenti. La situazione osservata intorno a Saturno, con tante piccole lune ma una sola grande luna, non si adatta a nessuno di questi modelli.
Yuri Fuji, un assistente professore designato presso l'Università di Nagoya, e Masahiro Ogihara, un professore assistente di progetto presso l'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ), ha creato un nuovo modello di dischi circumplanetari con una distribuzione della temperatura più realistica considerando molteplici fonti di opacità, compresi polvere e ghiaccio. Quindi hanno simulato la migrazione orbitale delle lune, prendendo in considerazione fattori tra cui la pressione del gas del disco e la gravità di altri satelliti.
Le loro simulazioni mostrano che esiste una "zona di sicurezza" in cui una luna viene allontanata dal pianeta. In quest 'area, il gas più caldo all'interno dell'orbita spinge il satellite verso l'esterno e gli impedisce di cadere nel pianeta.
Risultati della simulazione che mostrano i raggi orbitali rispetto al tempo di 7 ipotetiche lune con massa di Titano. Man mano che la simulazione procede, quasi tutti questi satelliti cadono nel pianeta, però, solo il satellite più esterno sopravvive finché il gas del disco non si dissipa. Questo satellite risiede temporaneamente nella "zona di sicurezza". Credito:Fujii &Ogihara, AA, 2020
Uno scenario per la formazione di un'unica grande luna. (1) Quando un pianeta si forma, un disco contenente gas e polvere ruota intorno al pianeta. I materiali solidi si condensano in questo disco. (2) I componenti solidi crescono fino alle dimensioni del satellite nel disco circumplanetario. Le simulazioni in questa ricerca sono partite da questa fase. (3) Le orbite di questi satelliti nel disco cambiano gradualmente a causa dell'influenza del gas. Molti satelliti si avvicinano al pianeta mentre orbitano, e alla fine cadere nel pianeta. Però, un satellite con un'orbita situata in una "zona di sicurezza" non cade nel pianeta, ma mantiene la sua distanza dal pianeta. (4) Man mano che il gas nel disco si dissipa, il satellite che sopravvive nella “zona di sicurezza” rimarrà fino alla fine con un'orbita stabile. Attestazione:NAOJ
"Abbiamo dimostrato per la prima volta che può formarsi un sistema con una sola grande luna attorno a un pianeta gigante, " dice Fujii. "Questa è una pietra miliare importante per capire l'origine di Titano".
Però, Ogihara dice, "Sarebbe difficile esaminare se Titano abbia effettivamente sperimentato questo processo. Il nostro scenario potrebbe essere verificato attraverso la ricerca di satelliti attorno a pianeti extrasolari. Se vengono trovati molti sistemi a singolo esomono, i meccanismi di formazione di tali sistemi diventeranno una questione scottante".
Lo studio, intitolato "Formazione di sistemi di lune singole attorno a giganti gassosi, " è stato pubblicato in Astronomia e Astrofisica nel marzo 2020. Le simulazioni in questa ricerca hanno utilizzato il PC Cluster gestito da NAOJ.
