Gli astronomi hanno sviluppato il modello più realistico fino ad oggi della formazione dei pianeti nei sistemi stellari binari.

I ricercatori, dell'Università di Cambridge e del Max Planck Institute for Extra-terrestrial Physics, hanno mostrato come gli esopianeti nei sistemi stellari binari, come i pianeti "Tatooine" individuati dal Kepler Space Telescope della NASA, siano nati senza essere distrutti nel loro caotico ambiente di nascita.

Hanno studiato un tipo di sistema binario in cui la stella compagna più piccola orbita intorno alla stella madre più grande circa una volta ogni 100 anni, la nostra vicina più vicina, Alpha Centauri, è un esempio di tale sistema.

"Un sistema come questo sarebbe l'equivalente di un secondo Sole dove si trova Urano, che avrebbe reso il nostro sistema solare molto diverso, " ha affermato il co-autore Dr Roman Rafikov del Dipartimento di Matematica Applicata e Fisica Teorica di Cambridge, che è anche membro dell'Institute for Advanced Study di Princeton, New Jersey.

Rafikov e il suo coautore Dr. Kedron Silsbee dell'Istituto Max Planck per la fisica extraterrestre hanno scoperto che per la formazione dei pianeti in questi sistemi, i planetesimi, elementi costitutivi planetari che orbitano attorno a una giovane stella, devono iniziare con un diametro di almeno 10 chilometri, e il disco di polvere, ghiaccio e gas che circonda la stella all'interno del quale si formano i pianeti deve essere relativamente circolare.

La ricerca, che è pubblicato in Astronomia e Astrofisica , porta lo studio della formazione dei pianeti in binari a un nuovo livello di realismo e spiega come tali pianeti, alcuni dei quali sono stati rilevati, avrebbe potuto formarsi.

Si ritiene che la formazione del pianeta inizi in un disco protoplanetario, costituito principalmente da idrogeno, elio, e minuscole particelle di ghiaccio e polvere che orbitano attorno a una giovane stella. Secondo l'attuale teoria leader su come si formano i pianeti, noto come accrescimento del nucleo, le particelle di polvere si attaccano l'una all'altra, alla fine formando corpi solidi sempre più grandi. Se il processo si interrompe in anticipo, il risultato può essere un pianeta roccioso simile alla Terra. Se il pianeta diventa più grande della Terra, allora la sua gravità è sufficiente per intrappolare una grande quantità di gas dal disco, portando alla formazione di un gigante gassoso come Giove.

"Questa teoria ha senso per i sistemi planetari formati attorno a una singola stella, ma la formazione dei pianeti nei sistemi binari è più complicata, perché la stella compagna si comporta come un gigantesco frullino, eccitando dinamicamente il disco protoplanetario, " disse Rafikov.

"In un sistema con una sola stella le particelle nel disco si muovono a basse velocità, così si uniscono facilmente quando si scontrano, permettendo loro di crescere, " disse Silsbee. "Ma a causa dell'effetto gravitazionale 'frullauova' della stella compagna in un sistema binario, le particelle solide si scontrano tra loro a velocità molto più elevate. Così, quando si scontrano, si distruggono a vicenda".

Molti esopianeti sono stati avvistati in sistemi binari, quindi la domanda è come ci sono arrivati. Alcuni astronomi hanno persino suggerito che forse questi pianeti stavano fluttuando nello spazio interstellare e sono stati risucchiati dalla gravità di un binario, ad esempio.

Rafikov e Silsbee hanno effettuato una serie di simulazioni per aiutare a risolvere questo mistero. Hanno sviluppato un modello matematico dettagliato della crescita planetaria in un binario che utilizza input fisici realistici e tiene conto di processi spesso trascurati, come l'effetto gravitazionale del disco di gas sul moto dei planetesimi al suo interno.

"Il disco è noto per influenzare direttamente i planetesimi attraverso la resistenza del gas, agendo come una specie di vento, " disse Silsbee. "Alcuni anni fa, ci siamo resi conto che oltre al trascinamento del gas, la gravità del disco stesso altera drammaticamente la dinamica dei planetesimi, in alcuni casi permettendo ai pianeti di formarsi nonostante le perturbazioni gravitazionali dovute alla compagna stellare."

"Il modello che abbiamo costruito riunisce questo lavoro, così come altri lavori precedenti, per testare le teorie sulla formazione dei pianeti, " disse Rafikov.

Il loro modello ha scoperto che i pianeti possono formarsi in sistemi binari come Alpha Centauri, a condizione che i planetesimi inizino con una dimensione di almeno 10 chilometri, e che il disco protoplanetario stesso è quasi circolare, senza grosse irregolarità. Quando queste condizioni sono soddisfatte, i planetesimi in certe parti del disco finiscono per muoversi abbastanza lentamente l'uno rispetto all'altro da restare uniti invece di distruggersi a vicenda.

Questi risultati supportano un particolare meccanismo di formazione planetesimale, chiamata instabilità dello streaming, essendo parte integrante del processo di formazione del pianeta. Questa instabilità è un effetto collettivo, coinvolgendo molte particelle solide in presenza di gas, che è in grado di concentrare granelli di polvere delle dimensioni di un ciottolo per produrre alcuni grandi planetesimi, che sopravvivrebbe alla maggior parte delle collisioni.

I risultati di questo lavoro forniscono importanti spunti per le teorie sulla formazione dei pianeti attorno a stelle sia binarie che singole, così come per le simulazioni idrodinamiche di dischi protoplanetari in binari. In futuro, the model could also be used to explain the origin of the 'Tatooine' planets—exoplanets orbiting both components of a binary—about a dozen of which have been identified by NASA's Kepler Space Telescope.