Le forze di marea possono far sì che la superficie di un pianeta extrasolare irradi calore? Questo è quanto riportato in uno studio pubblicato dall'Astronomical Journal spera di affrontare il fatto che un team di ricercatori internazionali ha utilizzato i dati raccolti da strumenti a terra per confermare l'esistenza di un secondo esopianeta residente all'interno del sistema esoplanetario, HD 104067, insieme all'utilizzo della missione TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) della NASA per identificare un ulteriore pianeta extrasolare candidato esopianeta. Lo studio è disponibile su arXiv server di prestampa.
La particolarità di questo candidato esopianeta, che orbita più interna rispetto agli altri due, è che le forze di marea esibite dai due esopianeti esterni stanno potenzialmente causando l'irradiazione della superficie dei candidati con la sua temperatura superficiale che raggiunge i 2.300 gradi Celsius (4.200 gradi Fahrenheit), che i ricercatori chiamano "tempesta di marea perfetta".
Universe Today discute di questa fantastica ricerca con il dottor Stephen Kane, professore di astrofisica planetaria alla UC Riverside e autore principale dello studio, per quanto riguarda la motivazione alla base dello studio, i risultati significativi, il significato degli aspetti della "tempesta di marea", segue ricerca approfondita e implicazioni di questo sistema sullo studio di altri sistemi esoplanetari. Allora, qual è stata la motivazione alla base di questo studio?
"La stella (HD 104067) era una stella nota per ospitare un pianeta gigante in un'orbita di 55 giorni, e ho una lunga storia di ossessione per i sistemi conosciuti", dice il dottor Kane a Universe Today. "Quando TESS ha rilevato un possibile pianeta in transito delle dimensioni della Terra in un'orbita di 2,2 giorni (TOI-6713.01), ho deciso di esaminare ulteriormente il sistema. Abbiamo raccolto tutti i dati RV e scoperto che c'è UN ALTRO pianeta (di massa di Urano) in un 13 orbita di un giorno. Quindi, tutto è iniziato con i dati TESS, poi il sistema ha continuato a diventare sempre più interessante man mano che lo studiavamo."
La storia della ricerca esoplanetaria del Dr. Kane comprende una miriade di architetture del sistema solare, in particolare quelle contenenti esopianeti altamente eccentrici, ma include anche lavori di follow-up dopo che gli esopianeti sono stati confermati all'interno di un sistema. Più recentemente, è stato il secondo autore di uno studio in cui si discuteva di un'architettura di sistema rivista nel sistema HD 134606, oltre alla scoperta di due nuove Super-Terre all'interno di quel sistema.
Per questo studio più recente, il dottor Kane e i suoi colleghi hanno utilizzato i dati degli strumenti terrestri High Accuracy Radial Speed Planet Searcher (HARPS) e High Risoluzione Echelle Spectrometer (HIRES) e della suddetta missione TESS per accertare le caratteristiche e i parametri di entrambi la stella madre, HD 105067, e i corrispondenti esopianeti che orbitano attorno ad essa. Ma, oltre alla scoperta di ulteriori esopianeti all'interno del sistema, come menziona il dottor Kane, quali sono i risultati più significativi di questo studio?
Il Dr. Kane dice a Universe Today:"Il risultato più sorprendente del nostro lavoro è stato che la dinamica del sistema fa sì che il periodo di 2,2 giorni subisca enormi effetti di marea, simili a quelli sperimentati da Io. In questo caso, però, TOI-6713.01 sperimenta 10 milioni di volte più energia delle maree di Io, con conseguente temperatura superficiale di 2.600 K [2.300 gradi Celsius (4.200 gradi Fahrenheit)]. Ciò significa che il pianeta brilla letteralmente a lunghezze d'onda ottiche."
La luna di Giove, Io, è il corpo planetario più attivo dal punto di vista vulcanico del sistema solare, prodotto dal riscaldamento mareale causato dall'enorme gravità di Giove lungo tutta l'orbita leggermente eccentrica (allungata) di Io della durata di 1,77 giorni. Ciò significa che Io si avvicina a Giove in alcuni punti e si allontana da Giove in altri punti provocando rispettivamente la compressione e l'espansione di Io.
Nel corso di milioni di anni, questo costante attrito all'interno di Io ha portato al riscaldamento del suo nucleo, dando origine alle centinaia di vulcani che compongono la superficie di Io e all'assenza di crateri da impatto visibili. Come menziona il dottor Kane, questo nuovo candidato esopianeta "sperimenta 10 milioni di volte più energia mareale di Io", il che potrebbe sollevare ulteriori domande riguardo alla sua stessa attività vulcanica o ad altri processi geologici. Qual è quindi il significato degli aspetti "tempesta di marea" di TOI-6713.01?
Il Dr. Kane dice a Universe Today:"La ragione per cui TOI-6713.01 sperimenta forze di marea così forti è a causa dell'eccentricità dei due pianeti giganti esterni, che forzano anche TOI-6713.01 in un'orbita eccentrica. Pertanto, mi riferivo al pianeta come se fosse stato catturato in una tempesta di marea perfetta."
Il sistema HD 104067 con i suoi due esopianeti giganti esterni che costringono il TOI-6713.01 più interno in una "tempesta di marea perfetta" ricorda leggermente le prime tre lune galileiane di Giove, Io, Europa e Ganimede, per quanto riguarda i loro effetti gravitazionali reciproci durante le loro orbite. .
Ci sono alcune differenze, tuttavia, dal momento che la gravità massiccia di Giove è la forza principale che guida l'attività vulcanica di Io, e tutte e tre le lune sono in quella che è nota come risonanza orbitale, il che significa che le orbite sono proporzionate tra loro. Ad esempio, per ogni quattro orbite di Io ci sono due orbite di Europa e un'orbita di Ganimede, con una risonanza orbitale 4:2:1, che fa sì che ciascuna luna causi influenze gravitazionali regolari l'una sull'altra.
Pertanto, poiché l'aspetto della tempesta di marea su TOI-6713.01 è causato dalle eccentricità dei due giganti esterni, come si confronta questo con la relazione tra Io, Europa e Ganimede?
Il Dr. Kane dice a Universe Today:"La risonanza di Laplace delle lune galileiane crea una configurazione particolarmente potente, per cui allineamenti regolari delle tre lune interne forzano regolarmente Io in un'orbita eccentrica. Il sistema HD 104067 non è in risonanza ma è comunque in grado di farlo". producono una configurazione di potenza in virtù del fatto che i pianeti b e c sono così massicci ed è quindi più un effetto di "forza bruta" che forza il pianeta in transito interno in un'orbita eccentrica."
Come notato, TOI-6713.01 è stato scoperto utilizzando il metodo della velocità radiale, noto anche come spettroscopia Doppler, il che significa che gli astronomi hanno misurato i minuscoli cambiamenti nel movimento della stella madre mentre viene leggermente trascinata dal pianeta durante l'orbita di quest'ultimo.
Questi lievi cambiamenti fanno oscillare la stella madre mentre i due corpi si tirano a vicenda, e gli astronomi usano uno spettrografo per rilevare i cambiamenti in queste oscillazioni mentre la stella si muove "più vicino" e "più lontano" da noi per trovare esopianeti.
Questo metodo si è dimostrato molto efficace nella ricerca di esopianeti, poiché rappresenta quasi il 20% del totale degli esopianeti confermati fino ad oggi e il primo esopianeta in orbita attorno a una stella come la nostra è stato scoperto utilizzando questo metodo. Tuttavia, nonostante l'efficacia della velocità radiale, lo studio rileva come TOI-6713.01 "deve ancora essere confermato", quindi quali ulteriori osservazioni sono necessarie per confermarne l'esistenza?
Il dottor Kanes dice a Universe Today:"Poiché il pianeta è così piccolo, è difficile rilevarlo dai dati sulla velocità radiale. Tuttavia, i transiti sembrano puliti e abbiamo escluso la contaminazione stellare. Ulteriori transiti aiuteranno, ma non siamo abbastanza fiducioso nell'esistenza del pianeta a questo punto."
Questo studio arriva poiché il numero totale di sistemi esoplanetari è quasi 4.200, con un numero di esopianeti confermati che supera i 5.600 e più di 10.100 candidati esopianeti in attesa di essere, si spera, confermati. È stato scoperto che queste architetture di sistema variano ampiamente rispetto al nostro sistema solare, che è composto dai pianeti terrestri (rocciosi) più vicini al Sole e dai giganti gassosi che orbitano molto più lontano.
Gli esempi includono i caldi Giove che orbitano pericolosamente vicino alla loro stella madre, alcuni in soli pochi giorni, e altri sistemi che vantano sette esopianeti delle dimensioni della Terra, alcuni dei quali orbitano all’interno della zona abitabile. Pertanto, cosa può insegnarci questa architettura unica del sistema solare sui sistemi esoplanetari, nel complesso, e quali altri sistemi esoplanetari la rispecchiano?
Il dottor Kane dice a Universe Today:"Questo sistema è un ottimo esempio di ambienti estremi in cui i pianeti possono trovarsi. Ci sono stati diversi casi di pianeti terrestri che sono vicini alla loro stella e riscaldati dall'energia della stella, ma molto pochi casi in cui l'energia delle maree sta sciogliendo il pianeta dall'interno."
La potenziale scoperta di un esopianeta in orbita in una “tempesta di marea perfetta” dimostra ulteriormente la miriade di caratteristiche che gli esopianeti e i sistemi esoplanetari esibiscono in contrasto sia con il nostro sistema solare che con ciò che gli astronomi hanno imparato su di loro fino ad ora. Se confermato, TOI-6713.01 continuerà a modellare la nostra comprensione riguardo alla formazione e all'evoluzione degli esopianeti e dei sistemi esoplanetari non solo nella nostra galassia, la Via Lattea, ma anche in tutto il cosmo.
"L'universo è un posto fantastico!" Il dottor Kane lo dice a Universe Today. "La cosa divertente di questo particolare progetto è che tutto è iniziato con 'Hmm... potrebbe essere interessante' e poi si è trasformato in qualcosa di molto più affascinante di quanto avrei potuto immaginare! Va solo in mostra, non perdere mai l'occasione di seguire la tua curiosità."
Ulteriori informazioni: Stephen R. Kane et al, Una tempesta di marea perfetta:HD 104067 Architettura planetaria che crea un mondo incandescente, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2403.17062
Informazioni sul giornale: Giornale astronomico , arXiv
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