Una delle scoperte più sorprendenti dell’astronomia è che la maggior parte delle stelle simili al Sole ospita un pianeta di dimensioni comprese tra la Terra e Nettuno all’interno di un’orbita paragonabile a quella di Mercurio. Queste super-terre e sub-nettuniani sono i pianeti più comuni della nostra galassia, ma la loro formazione è rimasta avvolta nel mistero. Ora, un team internazionale di astronomi ha individuato l’anello mancante: il momento in cui pianeti neonati di un sistema planetario lontano si stanno lentamente trasformando in questi oggetti celesti così numerosi.

Rappresentazione artistica di quattro esopianeti in orbita attorno alla loro stella, la cui intensa radiazione potrebbe riscaldare le loro atmosfere gonfie, causandone la perdita nello spazio. Crediti: Astrobiology Center

«La cosa più entusiasmante è che stiamo assistendo a un’anteprima di quello che diventerà un sistema planetario del tutto normale», dice John Livingston, autore principale dello studio del Centro di astrobiologia di Tokyo, in Giappone. «I quattro pianeti che abbiamo studiato probabilmente si contrarranno in super-terre e sub-nettuniani, i tipi di pianeti più comuni nella nostra galassia, di cui non abbiamo mai avuto un’immagine così chiara negli anni della loro formazione».

Lo studio si è concentrato su V1298 Tau, una stella di circa 20 milioni di anni – un battito di ciglia in termini cosmici rispetto al Sole, che ha 4,5 miliardi di anni. In orbita attorno a questa giovane stella ci sono quattro pianeti giganti, tutti di dimensioni tra Nettuno e Giove, intrappolati in una fase fugace e turbolenta della loro vita, in rapida evoluzione. Questo sistema sembra essere un antenato diretto dei sistemi planetari compatti presenti in tutta la galassia.

Per un decennio, il team ha utilizzato diversi telescopi terrestri e spaziali per misurare con precisione il momento in cui ogni pianeta passava davanti alla stella. Cronometrando questi transiti, gli astronomi hanno scoperto che le orbite dei pianeti non erano perfettamente regolari. La loro configurazione orbitale e la gravità fanno sì che si attraggono a vicenda, accelerando o rallentando leggermente. Queste piccole variazioni temporali, chiamate Transit-Timing Variations (Ttv), hanno consentito al team di misurare con precisione, per la prima volta, le masse dei pianeti.

I risultati sono stati notevoli. I pianeti, nonostante abbiano un raggio da 5 a 10 volte quello terrestre, hanno masse pari a sole 5-15 volte quelle del nostro pianeta. Hanno, cioè, una densità bassissima: sono più simili a zucchero filato di dimensioni planetarie che a mondi rocciosi.

Questo “gonfiore” contribuisce a risolvere un enigma di lunga data nella formazione planetaria. Un pianeta che si forma e si raffredda semplicemente nel corso del tempo sarebbe infatti molto più compatto. L’analisi del team rivela, invece, che questi pianeti devono aver subito una trasformazione radicale nelle prime fasi della loro evoluzione, perdendo rapidamente gran parte delle atmosfere primordiali e raffreddandosi drasticamente con la scomparsa del disco di gas attorno alla loro giovane stella. «Ma sono ancora in evoluzione. Nei prossimi miliardi di anni continueranno a perdere la loro atmosfera e a ridursi significativamente, trasformandosi nei mondi compatti che vediamo in tutta la galassia», aggiunge James Owen, coautore dell’Imperial College di Londra, che ha guidato la modellazione teorica.

«Mi viene in mente il famoso fossile di Lucy, uno dei nostri antenati, un ominide vissuto tre milioni di anni fa, che fu uno dei principali “anelli mancanti” tra scimmie antropomorfe e umani», aggiunge Erik Petigura, coautore dell’Ucla. «V1298Tau è un collegamento fondamentale tra le nebulose che formano le stelle e i pianeti che vediamo in tutto il cielo e i sistemi planetari maturi che abbiamo ormai scoperto a migliaia».

Il sistema V1298 Tau funge oggi da laboratorio per comprendere le origini dei pianeti più abbondanti della Via Lattea, offrendo agli scienziati uno sguardo senza precedenti sulla vita turbolenta e trasformativa dei mondi giovani. Lo studio di sistemi come V1298 Tau potrebbe inoltre aiutare a spiegare perché nel Sistema solare manchino le super-terre e i sub-nettuniani, così comuni altrove nella galassia.

Per saperne di più:

• Leggi su Nature l’articolo “A young progenitor for the most common planetary systems in the Galaxy” di John H. Livingston, Erik A. Petigura, Trevor J. David, Kento Masuda, James Owen, David Nesvorný, Konstantin Batygin, Jerome de Leon, Mayuko Mori, Kai Ikuta, Akihiko Fukui, Noriharu Watanabe, Jaume Orell Miquel, Felipe Murgas, Hannu Parviainen, Judith Korth, Florence Libotte, Néstor Abreu García, Pedro Pablo Meni Gallardo, Norio Narita, Enric Pallé, Motohide Tamura, Atsunori Yonehara, Andrew Ridden-Harper, Allyson Bieryla, Alessandro A. Trani, Eric E. Mamajek, David R. Ciardi, Varoujan Gorjian, Lynne A. Hillenbrand, Luisa M. Rebull, Elisabeth R. Newton, Andrew W. Mann, Andrew Vanderburg, Guðmundur Stefánsson, Suvrath Mahadevan, Caleb Cañas, Joe Ninan, Jesus Higuera, Kamen Todorov, Jean-Michel Désert e Lorenzo Pino