Comunicato Stampa

Uno sconcertante sistema di sei esopianeti in moto ritmico sfida le teorie di formazione dei pianeti

25 Gennaio 2021

Usando una combinazione di telescopi, tra cui il VLT (Very Large Telescope) dell'ESO (European Southern Observatory), alcuni astronomi hanno rivelato un sistema composto da sei esopianeti, cinque dei quali si muovono con una cadenza inusuale intorno alla propria stella centrale. I ricercatori ritengono che il sistema potrebbe fornire importanti indizi sulla formazione e sull'evoluzione dei pianeti, compresi quelli del Sistema Solare.

Quando l'equipe ha osservato per la prima volta TOI-178, una stella a circa 200 anni luce di distanza da noi nella costellazione dello Scultore, ha pensato di aver individuato due pianeti che le giravano intorno sulla stessa orbita. Tuttavia, uno sguardo più attento ha rivelato qualcosa di completamente diverso. "Attraverso ulteriori osservazioni ci siamo resi conto che non c'erano due pianeti in orbita intorno alla stella all'incirca alla stessa distanza da essa, ma diversi pianeti in una configurazione molto speciale", afferma Adrien Leleu dell'Université de Genève e dell'Università di Berna, Svizzera, che ha condotto un nuovo studio del sistema, pubblicato oggi dalla rivista Astronomy & Astrophysics.

La nuova ricerca ha rivelato che il sistema vanta sei esopianeti e che tutti, tranne quello più vicino alla stella, sono bloccati in una danza ritmica lungo l'orbita. In altre parole, sono in risonanza. Ciò significa che ci sono schemi che si ripetono mentre i pianeti girano intorno alla stella, con alcuni pianeti che si allineano ogni poche orbite. Una risonanza simile si osserva nelle orbite di tre lune di Giove: Io, Europa e Ganimede. Io, la più vicina delle tre a Giove, compie quattro orbite complete intorno a Giove per ogni orbita di Ganimede, la più lontana, e due orbite complete per ogni orbita di Europa.

I cinque esopianeti esterni del sistema TOI-178 seguono una catena di risonanza molto più complessa, una delle più lunghe mai scoperte in un sistema planetario. Mentre le tre lune di Giove sono in risonanza 4:2:1, i cinque pianeti esterni nel sistema TOI-178 seguono una catena 18:9:6:4:3: mentre il secondo pianeta dalla stella (il primo nella catena di risonanza) completa 18 orbite, il terzo pianeta dall'inizio (il secondo della catena) completa 9 orbite e così via. In effetti, gli scienziati inizialmente hanno trovato solo cinque pianeti nel sistema, ma seguendo il ritmo di risonanza hanno calcolato dove si sarebbe dovuto trovare nella sua orbita un ulteriore pianeta quando avrebbero avuto una finestra per osservare il sistema.

Più che una semplice curiosità orbitale, questa danza di pianeti risonanti fornisce indizi sul passato del sistema. "Le orbite in questo sistema sono molto ben ordinate, il che ci dice che questo sistema si è evoluto abbastanza dolcemente dal momento della sua nascita", spiega il coautore Yann Alibert dell'Università di Berna. Se il sistema fosse stato disturbato significativamente nella sua vita passata, per esempio da un impatto gigantesco, questa fragile configurazione di orbite non sarebbe sopravvissuta.

Disturbo del sistema ritmico

Ma anche se la disposizione delle orbite è regolare e ben ordinata, le densità dei pianeti "sono molto più disordinate", afferma Nathan Hara dell'Université de Genève, Svizzera, anch'egli coinvolto nello studio. “Sembra che ci sia un pianeta denso come la Terra proprio accanto a un pianeta molto rarefatto con metà della densità di Nettuno, seguito da un pianeta con la densità di Nettuno. Non è quello a cui siamo abituati". Nel nostro Sistema Solare, per esempio, i pianeti sono disposti in modo ordinato, con i pianeti rocciosi e più densi più vicini alla stella centrale e i pianeti gassosi a bassa densità più lontani.

"Questo contrasto tra l'armonia ritmica del movimento orbitale e le densità disordinate certamente sfida la nostra comprensione della formazione e dell'evoluzione dei sistemi planetari", aggiunge Leleu.

Tecniche di combinazione

Per indagare sull'architettura insolita del sistema, l'equipe ha utilizzato i dati del satellite CHEOPS dell'Agenzia spaziale europea, insieme agli strumenti che osservano da terra come ESPRESSO, installato sul VLT dell'ESO e NGTS e SPECULOOS, tutti situati presso l'Osservatorio dell'ESO al Paranal in Cile. Poiché gli esopianeti sono estremamente difficili da individuare direttamente con i telescopi, gli astronomi devono invece fare affidamento su altre tecniche per rilevarli. I metodi principali utilizzati sono il metodo del transito - cioè osservare la luce emessa dalla stella centrale, che si attenua al passaggio di un esopianeta nella linea di vista dell'osservazione da Terra - e il metodo delle velocità radiali - cioè cercare nello spettro di luce emesso della stella piccoli segni di oscillazioni che si verificano mentre gli esopianeti si spostano nell'orbita. L'equipe ha utilizzato entrambi i metodi per osservare il sistema: CHEOPS, NGTS e SPECULOOS per i transiti ed ESPRESSO per le velocità radiali.

Combinando le due tecniche, gli astronomi sono stati in grado di raccogliere informazioni chiave sul sistema e sui suoi pianeti, che orbitano intorno alla loro stella centrale molto più vicino e molto più velocemente di quanto la Terra orbiti intorno al Sole. Il più veloce (il pianeta più interno) completa un'orbita in appena un paio di giorni, mentre il più lento impiega circa dieci volte di più. I sei pianeti hanno dimensioni che vanno da circa una a circa tre volte la dimensione della Terra, mentre le loro masse sono da 1,5 a 8 volte la massa della Terra. Alcuni dei pianeti sono rocciosi, ma più grandi della Terra: questi pianeti sono noti come Super-Terre. Altri sono pianeti gassosi, come i pianeti esterni del nostro Sistema Solare, ma sono molto più piccoli: sono chiamati Mini-Nettuno.

Sebbene nessuno dei sei esopianeti trovati si trovi nella zona abitabile della stella, i ricercatori suggeriscono che, continuando la catena di risonanza, potrebbero trovare, in questa zona o nelle sue vicinanze, qualche altro pianeta. L'Extremely Large Telescope (ELT) dell'ESO, l'inizio delle cui operazioni è previsto in questo decennio, sarà in grado di visualizzare direttamente gli esopianeti rocciosi nella zona abitabile di una stella e persino di caratterizzarne l'atmosfera, offrendo l'opportunità di conoscere in maggior dettaglio sistemi come TOI-178.

"Modifica (correzione del 4 febbraio 2021): una versione precedente di questo comunicato stampa erroneamente affermava che le masse dei pianeti nel sistema variavano da 1,5 a 30 volte la massa della Terra. In realtà i pianeti hanno masse tra 1,5 e 8 volte questo valore."

Ulteriori Informazioni

Questo risultato è stato presentato nell'articolo “Six transiting planets and a chain of Laplace resonances in TOI-178” pubblicato dalla rivista Astronomy & Astrophysics (doi: 10.1051/0004-6361/202039767).

L'equipe è composta da A. Leleu (Observatoire Astronomique de l’Université de Genève, Svizzera [UNIGE], University of Bern, Svizzera [Bern]), Y. Alibert (Bern), N. C. Hara (UNIGE), M. J. Hooton (Bern), T. G. Wilson (Centre for Exoplanet Science, SUPA School of Physics and Astronomy, University of St Andrews, Regno Unito [St Andrews]), P. Robutel (IMCCE, UMR8028 CNRS, Observatoire de Paris, Francia [IMCCE]), J.-B Delisle (UNIGE), J. Laskar (IMCCE), S. Hoyer (Aix Marseille Univ, CNRS, CNES, LAM, Francia [AMU]), C. Lovis (UNIGE), E. M. Bryant (Department of Physics, University of Warwick, Regno Unito [Warwick], Centre for Exoplanets and Habitability, University of Warwick [CEH]), E. Ducrot (Astrobiology Research Unit, Université de Liège, Belgio [Liège]), J. Cabrera (Institute of Planetary Research, German Aerospace Center (DLR), Berlin, Germania [Institute of Planetary Research, DLR]), J. Acton (School of Physics and Astronomy, University of Leicester, Regno Unito [Leicester]), V. 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L'ESO (European Southern Observatory, o Osservatorio Australe Europeo) è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e di gran lunga l'osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 16 paesi: Austria, Belgio, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Irlanda, Italia, Paesi Bassi, Polonia, Portogallo, Regno Unito, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera, oltre al paese che ospita l'ESO, il Cile e l'Australia come partner strategico. L'ESO svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. L'ESO ha anche un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. L'ESO gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l'ESO gestisce il Very Large Telescope, osservatorio astronomico d'avanguardia nella banda visibile e due telescopi per survey. VISTA, il più grande telescopio per survey al mondo, lavora nella banda infrarossa mentre il VST (VLT Survey Telescope) è il più grande telescopio progettato appositamente per produrre survey del cielo in luce visibile. L'ESO è il partner principale di APEX e di ALMA, il più grande progetto astronomico esistente, sulla piana di Chajnantor. E sul Cerro Armazones, vicino al Paranal, l'ESO sta costruendo l'Extremely Large Telescope o ELT (significa Telescopio Estremamente Grande), un telescopio da 39 metri che diventerà "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo".

La traduzione dall'inglese dei comunicati stampa dell'ESO è un servizio dalla Rete di Divulgazione Scientifica dell'ESO (ESON: ESO Science Outreach Network) composta da ricercatori e divulgatori scientifici da tutti gli Stati Membri dell'ESO e altri paesi. Il nodo italiano della rete ESON è gestito da Anna Wolter.

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