Un nuovo pianeta inizia la sua vita in un cerchio rotante di gas e polvere, una culla conosciuta come disco protostellare. Io e i miei colleghi abbiamo utilizzato simulazioni al computer per dimostrare che i pianeti gassosi appena nati in questi dischi hanno probabilmente forme sorprendentemente appiattite. Questa scoperta, pubblicata in Astronomy and Astrophysical Letters , potrebbe contribuire al nostro quadro esatto di come si formano i pianeti.
Osservare i protopianeti appena formati e che si trovano ancora all'interno dei loro dischi protostellari è estremamente difficile. Fino ad ora sono stati osservati solo tre protopianeti così giovani, due dei quali nello stesso sistema, PDS 70.
Dobbiamo trovare sistemi giovani e abbastanza vicini da consentire ai nostri telescopi di rilevare la debole luce proveniente dal pianeta stesso e distinguerla da quella del disco. L'intero processo di formazione planetaria dura solo pochi milioni di anni, che non è altro che un batter d'occhio su scala astrofisica. Ciò significa che dobbiamo avere fortuna per coglierli nell'atto della formazione.
Il nostro gruppo di ricerca ha eseguito simulazioni al computer per determinare le proprietà dei protopianeti gassosi in una varietà di condizioni termiche nelle culle dei pianeti.
Le simulazioni hanno una risoluzione sufficiente per poter seguire l'evoluzione di un protopianeta nel disco sin dalle fasi iniziali, quando si tratta solo di una semplice condensazione all'interno del disco. Tali simulazioni sono impegnative dal punto di vista computazionale e sono state eseguite su DiRAC, la struttura di supercalcolo astrofisico del Regno Unito.
In genere, all'interno di un disco si formano più pianeti. Lo studio ha scoperto che i protopianeti hanno una forma nota come sferoidi oblati, come Smarties o M&M's, piuttosto che essere sferici. Crescono attirando gas prevalentemente attraverso i poli piuttosto che attraverso gli equatori.
Tecnicamente, anche i pianeti del nostro sistema solare sono sferoidi oblati, ma il loro appiattimento è piccolo. Saturno ha un appiattimento del 10%, Giove del 6%, mentre la Terra solo dello 0,3%.
In confronto, l’appiattimento tipico dei protopianeti è del 90%. Un tale appiattimento influenzerà le proprietà osservate dei protopianeti e deve essere preso in considerazione quando si interpretano le osservazioni.
La teoria più accettata per la formazione dei pianeti è quella dell '"accrescimento del nucleo". Secondo questo modello, minuscole particelle di polvere più piccole della sabbia si scontrano tra loro, si raggruppano e si trasformano progressivamente in corpi sempre più grandi. Questo è effettivamente ciò che accade alla polvere sotto il letto quando non viene pulito.
Una volta formato un nucleo di polvere sufficientemente massiccio, attira gas dal disco per formare un pianeta gigante gassoso. Questo approccio dal basso all'alto richiederebbe alcuni milioni di anni.
L’approccio opposto, dall’alto al basso, è la teoria dell’instabilità del disco. In questo modello, i dischi protostellari che frequentano le giovani stelle sono gravitazionalmente instabili. In altre parole, sono troppo pesanti per essere mantenuti e quindi si frammentano in pezzi che si evolvono in pianeti.
La teoria dell’accrescimento del nucleo esiste da molto tempo e può spiegare molti aspetti di come si è formato il nostro sistema solare. Tuttavia, l'instabilità del disco può spiegare meglio alcuni dei sistemi esoplanetari che abbiamo scoperto negli ultimi decenni, come quelli in cui un pianeta gigante gassoso orbita molto lontano dalla sua stella ospite.
Il fascino di questa teoria è che la formazione dei pianeti avviene molto velocemente, nell'arco di poche migliaia di anni, il che è coerente con le osservazioni che suggeriscono che i pianeti esistano in dischi molto giovani.
Il nostro studio si è concentrato sui pianeti giganti gassosi formati tramite il modello dell’instabilità del disco. Sono appiattiti perché si formano dalla compressione di una struttura già piatta, il disco protostellare, ma anche per il modo in cui ruotano.
Sebbene questi protopianeti nel complesso siano molto appiattiti, i loro nuclei, che alla fine si evolveranno nei pianeti giganti gassosi come li conosciamo, sono meno appiattiti, solo di circa il 20%. Questo è solo il doppio dell’appiattimento di Saturno. Con il tempo si prevede che diventeranno più sferici.
I pianeti rocciosi, come la Terra e Marte, non possono formarsi a causa dell'instabilità del disco. Si pensa che si formino assemblando lentamente particelle di polvere su ciottoli, rocce, oggetti grandi chilometri e infine pianeti. Sono troppo densi per essere significativamente appiattiti anche quando sono appena nati. Non esiste alcuna possibilità che la Terra sia stata appiattita a un livello così elevato quando era giovane.
Ma il nostro studio supporta un ruolo dell'instabilità del disco nel caso di alcuni mondi in alcuni sistemi planetari.
Stiamo ora passando dall’era delle scoperte degli esopianeti all’era della loro caratterizzazione. Molti nuovi osservatori diventeranno operativi. Questi aiuteranno a scoprire più protopianeti incorporati nei loro dischi. Anche le previsioni ricavate dai modelli computerizzati stanno diventando più sofisticate.
Il confronto tra questi modelli teorici e le osservazioni ci sta avvicinando sempre di più alla comprensione delle origini del nostro sistema solare.
Fornito da The Conversation
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