La massa del nucleo dell'esopianeta gigante WASP-107b è molto inferiore a quanto ritenuto necessario per costruire l'immenso involucro di gas che circonda pianeti giganti come Giove e Saturno, hanno scoperto gli astronomi dell'Université de Montréal.

Questa intrigante scoperta di Ph.D. La studentessa Caroline Piaulet dell'Institute for Research on Exoplanets (iREx) di UdeM suggerisce che i pianeti giganti gassosi si formano molto più facilmente di quanto si credesse in precedenza.

Piaulet fa parte del rivoluzionario team di ricerca del professore di astrofisica UdeM Björn Benneke che nel 2019 ha annunciato il primo rilevamento di acqua su un esopianeta situato nella zona abitabile della sua stella.

Pubblicato oggi in Giornale Astronomico con i colleghi in Canada, gli Stati Uniti., Germania e Giappone, la nuova analisi della struttura interna di WASP-107b "ha grandi implicazioni, " disse Benneke.

"Questo lavoro affronta le basi stesse di come i pianeti giganti possono formarsi e crescere, "Ha detto. "Fornisce una prova concreta che l'accrescimento massiccio di un inviluppo di gas può essere innescato per i nuclei che sono molto meno massicci di quanto si pensasse in precedenza".

Grande come Giove ma 10 volte più leggero

WASP-107b è stato rilevato per la prima volta nel 2017 intorno a WASP-107, una stella a circa 212 anni luce dalla Terra nella costellazione della Vergine. Il pianeta è molto vicino alla sua stella, oltre 16 volte più vicino di quanto la Terra sia al Sole. Grande come Giove ma 10 volte più leggero, WASP-107b è uno degli esopianeti meno densi conosciuti:un tipo che gli astrofisici hanno soprannominato pianeti "super-puff" o "zucchero filato".

Piaulet e il suo team hanno utilizzato per la prima volta le osservazioni di WASP-107b ottenute presso l'Osservatorio Keck alle Hawaii per valutarne la massa in modo più accurato. Hanno usato il metodo della velocità radiale, che consente agli scienziati di determinare la massa di un pianeta osservando il movimento oscillatorio della sua stella ospite a causa dell'attrazione gravitazionale del pianeta. Hanno concluso che la massa di WASP-107b è circa un decimo di quella di Giove, o circa 30 volte quella della Terra.

Il team ha quindi effettuato un'analisi per determinare la struttura interna più probabile del pianeta. Sono giunti a una conclusione sorprendente:con una densità così bassa, il pianeta deve avere un nucleo solido non più di quattro volte la massa della Terra. Ciò significa che oltre l'85% della sua massa è inclusa nello spesso strato di gas che circonda questo nucleo. A confronto, Nettuno, che ha una massa simile a WASP-107b, ha solo dal 5 al 15 percento della sua massa totale nel suo strato di gas.

"Avevamo molte domande su WASP-107b, " disse Piaulet. "Come potrebbe formarsi un pianeta di così bassa densità? E come ha fatto a evitare la fuoriuscita del suo enorme strato di gas, soprattutto data la vicinanza del pianeta alla sua stella?

"Questo ci ha motivato a fare un'analisi approfondita per determinare la sua storia di formazione".

Un gigante del gas in divenire

I pianeti si formano nel disco di polvere e gas che circonda una giovane stella chiamata disco protoplanetario. I modelli classici della formazione dei pianeti giganti gassosi si basano su Giove e Saturno. In questi, un nucleo solido almeno 10 volte più massiccio della Terra è necessario per accumulare una grande quantità di gas prima che il disco si dissipi.

Senza un nucleo enorme, i pianeti giganti gassosi non erano ritenuti in grado di attraversare la soglia critica necessaria per costruire e mantenere i loro grandi involucri di gas.

Come spiegare allora l'esistenza di WASP-107b, che ha un nucleo molto meno massiccio? Professore della McGill University e membro iREx Eve Lee, un esperto di fama mondiale di pianeti super gonfi come WASP-107b, ha diverse ipotesi.

"Per WASP-107b, lo scenario più plausibile è che il pianeta si sia formato lontano dalla stella, dove il gas nel disco è abbastanza freddo che l'accrescimento del gas può avvenire molto rapidamente, " ha detto. "Il pianeta è stato in seguito in grado di migrare nella sua posizione attuale, o attraverso interazioni con il disco o con altri pianeti nel sistema."

Scoperta di un secondo pianeta, WASP-107c

Le osservazioni di Keck del sistema WASP-107 coprono un periodo di tempo molto più lungo rispetto a studi precedenti, permettendo al team di ricerca guidato da UdeM di fare un'ulteriore scoperta:l'esistenza di un secondo pianeta, WASP-107c, con una massa di circa un terzo di quella di Giove, considerevolmente più di WASP-107b.

WASP-107c è anche molto più lontano dalla stella centrale; ci vogliono tre anni per completare un'orbita intorno ad esso, rispetto a soli 5,7 giorni per WASP-107b. Interessante anche:l'eccentricità di questo secondo pianeta è alta, il che significa che la sua traiettoria attorno alla sua stella è più ovale che circolare.

"WASP-107c ha per certi versi mantenuto la memoria di quanto accaduto nel suo sistema, — disse Piaulet. — La sua grande eccentricità allude a un passato piuttosto caotico, con interazioni tra i pianeti che avrebbero potuto portare a spostamenti significativi, come quello sospettato per WASP-107b."

Molte altre domande

Al di là della sua storia di formazione, ci sono ancora molti misteri che circondano WASP-107b. Gli studi sull'atmosfera del pianeta con il telescopio spaziale Hubble pubblicati nel 2018 hanno rivelato una sorpresa:contiene pochissimo metano.

"È strano, perché per questo tipo di pianeta, il metano dovrebbe essere abbondante, "ha detto Piaulet. "Stiamo ora rianalizzando le osservazioni di Hubble con la nuova massa del pianeta per vedere come influenzerà i risultati, e per esaminare quali meccanismi potrebbero spiegare la distruzione del metano".

Il giovane ricercatore intende continuare a studiare WASP-107b, hopefully with the James Webb Space Telescope set to launch in 2021, which will provide a much more precise idea of the composition of the planet's atmosphere.

"Exoplanets like WASP-107b that have no analogue in our Solar System allow us to better understand the mechanisms of planet formation in general and the resulting variety of exoplanets, " she said. "It motivates us to study them in great detail."

"WASP-107b's density is even lower:a case study for the physics of gas envelope accretion and orbital migration, " by Caroline Piaulet et al., was posted today in the  Giornale Astronomico .