Stranezze da altri mondi

Esopianeta
Una rappresentazione artistica di un pianeta extrasolare, in particolare di un pianeta gioviano denominato Hot Jupiter a causa della sua estrema vicinanza alla sua stella che lo rende estremamente caldo. Crediti NASA.

Finora sono stati catalogati oltre 900 pianeti al di fuori del nostro Sistema Solare. Questo è incredibile se si pensa che solo vent’anni fa non si aveva alcuna idea di come potevano essere eventuali sistemi solari.

Prima di tali scoperti, infatti, si riteneva che il nostro Sistema Solare fosse il tipico sistema che si potesse trovare nella nostra Galassia: pianeti rocciosi di piccole dimensioni nella parte più interna, giganti gassosi in quella esterna.
Ma non è così.
I sistemi solari scoperti sono stravaganti per forme e dimensioni. O è il nostro Sistema Solare è insolito se confrontato con essi? Dipende da dove consideriamo in fenomeno, ma alla fin fine si viene a dire la stessa cosa.

Risale al 1995 la scoperta del prima pianeta extrasolare ad orbitare attorno ad una stella di tipo solare, 51 Pegasi b. Ma la sorpresa fu che il pianeta era un gigante gassoso molto vicino alla sua stella, tanto che i ricercatori pensarono ad una sorta di “eccezione”.

Ma quando si iniziarono a scoprirne degli altri simili a questo, l’eccezione fu nel nostro modo di pensare gli altri sistemi solari.

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Rappresentazione artistica di un esopianeta. Crediti: NASA.

Ben presto ci si rese conto che le scoperte erano soggette ad una sorta di effetto di selezione dovuto al metodo di osservazione, quello dei transiti planetari.

In altre parole si stavano scoprendo pianeti di tipo gioviano con temperature elevatissime, quelli che vengono definiti “Hot Jupiter”. Non si scoprivano pianeti di dimensioni inferiori e più lontani dalla stella perché gli Hot Jupiters erano il tipo di pianeta più facile da osservare: sono oggetti grandi, creando un effetto di eclissi molto più evidente;  orbitano vicino alla loro stella, rendendo “l’anno” più breve. Di conseguenza, le probabilità di rilevamento degli Hot Jupiter sono maggiori.

Tali pianeti sono più facili da rilevare anche col metodo delle velocità radiali. A causa della loro grande massa, gli Hot Jupiter producono delle “variazioni dinamiche” nel moto della loro stella, che è possibile rilevare da Terra. La velocità radiale rappresenta la velocità lungo la linea di vista dell’osservatore. Una stella singola, senza pianeti, non mostrerà alcuna variazione di velocità radiale; una stella accompagnata da un pianeta tradirà la sua presenza attraverso queste variazioni, che saranno periodiche con lo stesso periodo orbitale del pianeta. Questa velocità può essere misurata grazie all’effetto Doppler.

Ma vi è un altro aspetto importante: di Hot Jupiter se ne trovano tanti perché ce ne sono tanti.

Oggi, a vent’anni dalla prima osservazione, si sta iniziando a capire qualcosa su questi interessanti e straordinari sistemi planetari. Si intuisce che tali oggetti massicci e gassosi non sono un’eccezione ma una componente importanti di molti sistemi planetari.
Gli Hot Jupiter sono una classe speciale di esopianeti che sono simili per dimensioni, massa e composizione a Giove, ma si vengono a trovare a posizioni variabili dalla loro stella tra 0,015 e 0,15 UA, dove 1 UA  è la distanza media Terra-Sole, pari a 150 milioni di chilometri. Queste distanze così piccole comportano che il pianeta si venga a trovare molto vicino alla stella madre. Se facciamo un confronto, Mercurio orbita a 0,39 UA. Gli Hot Jupiter sono così vicini alla loro stella da avere orbite circolari.

In termini di origine e posizione la teoria corrente è che questi pianeti si siano formati come regolari nel disco di accrescimento ma poco dopo sono migrati nel sistema solare interno. Questo dev’essere il caso, affermano i ricercatori, in quanto non c’è abbastanza materiale nel sistema solare interno perché si formino giganti gassosi.

Nella fase iniziale gli astronomi ritenevano che gli Hot Jupiter implicassero un sistema solare non abitabile. Ma modelli recenti mostrano che pianeti simili alla Terra si possono formare nella zona di abitabilità della stella dopo che un Hot Jupiter è transitato nella zona di 1 UA e che vi è sufficiente materiale lasciato indietro perché si formi un pianeta di tipo terrestre.

Vi possono essere pianeti con temperature così elevate da uguagliare o superare quelle delle stelle. Dato che tali oggetti orbitano molto vicini alla loro stella e  hanno dimensioni che possono superare di gran lunga quelle di Giove, alcuni pianeti possono avere temperature maggiori di alcuni tipi di stelle.

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Una rappresentazione artistica di WASP-33b. Crediti NASA.

WASP-33b ne è un esempio. E sembra perfino ridicolo. Il pianeta orbita attorno alla stella ad una distanza che è solo il 7%  della distanza Mercurio-Sole (pari a 0,027 UA), il che significa che un anno su questo pianeta dura solo 29 ore ma la sua temperatura è terribilmente elevata. La superficie arriva a temperature dell’ordine dei 3200 gradi centigradi, che è più calda della superficie di alcuni tipi di stelle, le nane rosse. Per confronto, il pianeta più caldo nel nostro Sistema Solare è Venere che può arrivare a circa 500 gradi centigradi.

La sua estrema vicinanza alla stella rende WASP-33b incredibilmente caldo. Ma la stella stessa è molto più calda di gran parte delle stelle con una temperatura stimata intorno a 7160 gradi. Il nostro Sole, nella sua regione nucleare arriva intorno ai 10 000 gradi, sulla superficie intorno ai 6000 gradi.  Per questo motivo, WASP-33b, vicinissimo a questa fornace cosmica, non sorprende che sia incredibilmente caldo.

Il sistema stellare offre l’opportunità di studiare gli Hot Jupiter. Le loro proprietà hanno spesso sorpreso i ricercatori: sembra che il loro interno sia a temperature molto più elevate di quelle superficiali. E’ sorprendente che queste stelle con pianeti così vicini stiano scaldando l’atmosfera esterna molto di più di quanto possano fare i processi interni.

Un altro esempio ci viene offerto da WASP-12b.

Si fa l’ipotesi che questo pianeta, che si trova a 600 anni luce di distanza dalla Terra, possa avere circa 10 milioni di anni di vita prima di venir completamente “divorato” dalla stella. Il pianeta è così vicino alla sua stella, simile al Sole, da essere soggetto a enormi forze mareali. L’atmosfera è aumentata in modo smisurato quasi tre volte il raggio di Giove e del materiale è fuoriuscito dalla stella. Il pianeta è circa un 40% più grande di Giove.

L’effetto di scambio di materia tra due oggetti stellari è comunemente osservato nei sistemi binari vicini, ma in realtà nel caso di un pianeta e di una stella è un fenomeno estremamente raro.

Questo fenomeno conferma un’ipotesi fatta da Shu-lin Li dell’Università di Pechino sul fatto che la superficie del pianeta possa venir distorta dalla gravità della stella e che le forze marsali gravitazionali rendano l’interno così caldo da far espandere l’atmosfera più esterna del pianeta.

Fonte :
Articolo: A. M. S. Smith et al., Thermal Emission from WASP-33b, the hottest known planet, arXiV: 1101.2432, http://arxiv.org/abs/1101.2432

Science@NASA: The strange attraction of Hot Jupiters: http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2013/17aug_hotjupiters/

New Scientist: Hottest Planet is hotter than some stars: http://www.newscientist.com/article/dn19991-hottest-planet-is-hotter-than-some-stars.html

io9 – Hot Jupiters are the most astounding planets in the galaxy: http://io9.com/hot-jupiters-are-the-most-astounding-planets-in-the-gal-1177931435
Io9: Scorching hot new exoplanet has higher temperature than some stars: http://io9.com/5737486/scorching-hot-new-exoplanet-has-higher-temperature-than-some-stars

Dailymail: Scientists discover the hottest planet in the universe… where the temperature is a scorching 3,200 C: http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-1351035/WASP-33b–HD15082-Hottest-planet-scorching-3-200C.html.

Sabrina

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  • mcastel

    Ciao Sabrina,

    ti ringrazio per l’ottimo articolo, dettagliato e ben esposto… come ben ci hai abituato, vorrei dire! Il tema dei pianeti extrasolari ha meritatamente raggiunto una esposizione più consona, e in effetti i risultati prodotti negli ultimi tempi sono molto incoraggianti!

    Mi viene da pensare alla missione ESA “PLATO” (in cui anch’io assieme a moltissimi ricercatori ero/sono coinvolto) dedicata proprio alla individuazione ed allo studio di questi “mondi”, giunta ad appena un soffio dallì’approvazione definitiva di ESA, e poi lasciata ahimé al palo: purtroppo si è trovata – come molti sanno – a competere con “giganti” come Solar Orbiter ed Euclid. Ne abbiamo parlato anche noi a più riprese: http://www.gruppolocale.it/?s=PLATO

    PLATO è ancora un progetto attivo, anche se ovviamente i tempi e le modalità sono cambiate. C’è ancora una comunità attiva ed entusiasta di scienziati che portano avanti la cosa, speriamo bene … l’argomento è quanto mai affascinante e credo sia anche uno di quelli capaci di stimolare un interesse con un raggio ben più ampio della cerchia degli astronomi profesionisti 🙂