Gli astronomi che utilizzano l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hanno trovato sorprendenti geometrie orbitali nei dischi protoplanetari attorno a stelle binarie. Mentre i dischi in orbita attorno ai sistemi stellari binari più compatti condividono quasi lo stesso piano, i dischi che circondano binari larghi hanno piani orbitali fortemente inclinati. Questi sistemi possono insegnarci la formazione dei pianeti in ambienti complessi.

Negli ultimi due decenni, migliaia di pianeti sono stati trovati in orbita attorno a stelle diverse dal nostro Sole. Alcuni di questi pianeti orbitano attorno a due stelle, proprio come la casa di Tatooine di Luke Skywalker. I pianeti nascono in dischi protoplanetari - ora ne abbiamo meravigliose osservazioni grazie ad ALMA - ma la maggior parte dei dischi studiati finora orbitano attorno a singole stelle. Gli esopianeti "Tatooine" si formano in dischi attorno a stelle binarie, cosiddetti dischi circumbinari.

Studiare i luoghi di nascita dei pianeti "Tatooine" offre un'opportunità unica per conoscere come si formano i pianeti in ambienti diversi. Gli astronomi sanno già che le orbite delle stelle binarie possono deformare e inclinare il disco intorno a loro, risultando in un disco circumbinario disallineato rispetto al piano orbitale delle sue stelle ospiti. Per esempio, in uno studio del 2019 condotto da Grant Kennedy dell'Università di Warwick, UK, ALMA ha trovato un sorprendente disco circumbinario in una configurazione polare.

"Con il nostro studio, volevamo approfondire le geometrie tipiche dei dischi circumbinari, " ha affermato l'astronomo Ian Czekala dell'Università della California a Berkeley. Czekala e il suo team hanno utilizzato i dati ALMA per determinare il grado di allineamento di diciannove dischi protoplanetari attorno alle stelle binarie. "I dati ALMA ad alta risoluzione sono stati fondamentali per studiare alcuni dei più piccoli e deboli dischi circumbinari ancora, " disse Czekala.

Gli astronomi hanno confrontato i dati ALMA dei dischi circumbinari con la dozzina di pianeti "Tatooine" che sono stati trovati con il telescopio spaziale Kepler. Con loro sorpresa, il team ha scoperto che il grado di disallineamento delle stelle binarie e dei loro dischi circumbinari dipende fortemente dal periodo orbitale delle stelle ospiti. Più breve è il periodo orbitale della stella binaria, più è probabile che ospiti un disco in linea con la sua orbita. Però, i file binari con periodi più lunghi di un mese in genere ospitano dischi disallineati.

"Vediamo una chiara sovrapposizione tra i piccoli dischi, binari compatti orbitanti, e i pianeti circumbinari trovati con la missione Keplero, " disse Czekala. Poiché la missione primaria di Keplero è durata 4 anni, gli astronomi sono stati in grado di scoprire pianeti intorno a stelle binarie che orbitano l'uno intorno all'altro in meno di 40 giorni. E tutti questi pianeti erano allineati con le orbite delle loro stelle ospiti. Un mistero persistente era se potessero esserci molti pianeti disallineati che Keplero avrebbe avuto difficoltà a trovare. "Con il nostro studio, ora sappiamo che probabilmente non c'è una grande popolazione di pianeti disallineati che Keplero ha mancato, poiché anche i dischi circumbinari attorno a stelle binarie strette sono tipicamente allineati con i loro ospiti stellari, " ha aggiunto Czekala.

Ancora, sulla base di questa constatazione, gli astronomi concludono che i pianeti disallineati attorno a stelle binarie larghe dovrebbero essere là fuori e che sarebbe una popolazione entusiasmante da cercare con altri metodi di ricerca di esopianeti come l'imaging diretto e il microlensing. (La missione Kepler della NASA ha utilizzato il metodo di transito, che è uno dei modi per trovare un pianeta.)

Czekala ora vuole scoprire perché esiste una correlazione così forte tra il (dis)allineamento del disco e il periodo orbitale della stella binaria. "Vogliamo utilizzare strutture esistenti e future come ALMA e la prossima generazione di Very Large Array per studiare le strutture dei dischi a livelli di precisione squisiti, " Egli ha detto, "e cerca di capire come i dischi deformati o inclinati influenzano l'ambiente di formazione del pianeta e come questo potrebbe influenzare la popolazione di pianeti che si formano all'interno di questi dischi".

"Questa ricerca è un ottimo esempio di come le nuove scoperte si basino su osservazioni precedenti, " ha detto Joe Pesce, Responsabile del programma della National Science Foundation per NRAO e ALMA. "Il discernimento delle tendenze nella popolazione del disco circumbinario è stato reso possibile solo sulla base dei programmi di osservazione d'archivio intrapresi dalla comunità di ALMA nei cicli precedenti".