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Sistema planetario modellato da una nana bruna
Individuando un singolo e rarissimo evento di “mono-transito” nei dati del satellite Tess della Nasa, un team internazionale guidato dall’European Southern Observatory (Eso), a cui partecipa anche l’Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf), ha portato alla luce un sistema planetario che sfida le nostre conoscenze sui meccanismi di formazione planetaria. All’origine della scoperta c’è la nana bruna massiccia Toi-201 c, cioè una stella mancata con una massa a cavallo tra i pianeti giganti e le stelle di piccola massa, che, nonostante la sua orbita fortemente ellittica, ha permesso la formazione di un sistema multi-pianeta in una zona ristretta all’interno della sua orbita. Si tratta di uno scenario nuovo e inaspettato.
Rappresentazione artistica ravvicinata del sistema Toi-201. In primo piano è raffigurata la massiccia nana bruna Toi-201 c, seguita dal gioviano moderatamente caldo Toi-201 b (soggetto a forti variazioni gravitazionali), dalla super-Terra Toi-201 d e dalla stella. Crediti: Inaf / IA Gemini
Lo studio, pubblicato oggi sulla rivista Nature, vede una forte impronta italiana; tra i primi firmatari figura infatti Luca Naponiello, ricercatore all’Inaf di Torino e secondo autore del paper, assieme ai colleghi Aldo Bonomo e Alessandro Sozzetti. La collaborazione, inoltre, ha coinvolto anche ricercatori delle Università di Milano e di Roma Tor Vergata.
Toi-201 c ha una massa che lo colloca quasi al limite superiore “classico” che separa i pianeti giganti dalle nane brune, fissato convenzionalmente a 13 masse gioviane, ed è un oggetto molto singolare sotto diversi aspetti. In primo luogo, «è l’oggetto transitante con il periodo orbitale più lungo di cui sia nota la massa», come sottolinea lo stesso Naponiello, pari a circa 2881 giorni, equivalenti a poco meno di otto anni. «A causa della grande distanza dalla stella, la probabilità che un simile oggetto passi esattamente davanti al disco stellare, visto dalla Terra, è molto bassa».
Ma la novità emersa da questo studio è che gli altri due “inquilini” ospitati all’interno del sistema sono entrambi transitanti e disposti su piani orbitali perfettamente allineati e complanari rispetto alla nana bruna: una super-Terra rocciosa (Toi-201 d) con un periodo di appena 5,8 giorni e un gioviano moderatamente caldo gassoso (Toi-201 b) situato su un’orbita intermedia di circa 53 giorni. La nana bruna Toi-201 c, infatti, ha un’orbita molto ellittica(eccentricità 0,622) e questo, unito alla sua grande massa, causa una forte perturbazione gravitazionale che rende dinamicamente instabili tutte le regioni a distanze superiori a quella Sole-Marte.
Gli astronomi lo definiscono un sistema ristretto: pur non impedendo la loro formazione, «la presenza della nana bruna su un’orbita così ellittica ha costretto i pianeti a formarsi e sopravvivere occupando esclusivamente i confini più interni e caldi del disco primordiale. Inoltre, i dati mostrano che al passaggio ravvicinato della nana bruna, il gioviano subisce forti e repentine variazioni sul tempo di transito, a testimonianza di una serrata e vigorosa interazione dinamica in corso tra i due giganti», evidenzia il ricercatore.
Il risultato è stato reso possibile combinando i transiti fotometrici dallo spazio con una massiccia campagna di monitoraggio spettroscopico da terra. Ai dati della letteratura scientifica si sono aggiunte nuove misurazioni della velocità radiale ottenute con spettrografi dell’Eso come Feros e Plato Spec.
«Questa scoperta aggiunge un tassello fondamentale alla comprensione di come nascano i pianeti, anche in compagnia di oggetti massicci in orbite esterne, perfino molto eccentriche. Essa sfida i modelli teorici che prevedono generalmente la formazione dei gioviani nelle regioni più esterne, oltre la linea di condensazione dell’acqua, a circa 2-3 unità astronomiche, con successiva migrazione verso la stella», sottolinea Aldo Bonomo dell’Inaf di Torino.
Gli oggetti con periodi così lunghi scoperti in transito si contano sulle dita di una mano, e Toi-201 d è in assoluto il primo ad avere una massa confermata grazie a precise misurazioni della velocità radiale. In secondo luogo, si tratta «del primo corpo celeste che potrà essere caratterizzato contemporaneamente attraverso quattro metodi diversi, ovvero i transiti fotometrici, le variazioni dei tempi di transito, le velocità radiali e, non appena saranno pubblicati i dati della release Gaia DR4, l’astrometria spaziale. Con il quarto rilascio dei dati di Gaia potremo inoltre ricostruire l’orbita 3D della nana bruna», conclude Alessandro Sozzetti, direttore dell’Inaf di Torino.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature l’articolo “A very eccentric brown dwarf coplanar to a warm Jupiter and a hot super Earth”, di Matías I. Jones, Luca Naponiello, Trifon Trifonov et al.
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