L’esopianeta delle dimensioni di Nettuno è troppo grande rispetto alla sua stella ospite

Vinci un po’ e perdi un po’. All’inizio di questa settimana, le osservazioni del telescopio spaziale Webb hanno fornito nuovi dati a sostegno di ciò che pensavamo di aver capito sulla formazione del pianeta. Giovedì è arrivata la notizia che gli astronomi avevano individuato un grande pianeta in orbita vicino a una giovane stella, una stella così piccola che non ha abbastanza materiale attorno per formare un pianeta di quelle dimensioni.

Ciò non significa che il pianeta sia “impossibile”. Ma questo significa che potremmo non comprendere appieno alcuni aspetti della formazione dei pianeti.

Grande discrepanza

LHS 3154 è, secondo tutti gli standard ragionevoli, una stella piccola e debole. Le immagini scattate dal team dietro il nuovo lavoro indicano che la massa della nana rossa è solo l’11% della massa del Sole. Le stime della temperatura sono intorno a 2.850 K, che è ben al di sotto della temperatura del Sole di 5.800 K e appena abbastanza calda da tenerla fuori dalla categoria delle nane ultrafredde. (Sì, i nani fantastici sono già una cosa da meritare La loro voce su Wikipedia.)

Abbiamo trovato molti pianeti attorno a nane rosse come questo. Ma per la maggior parte era piccolo e roccioso. Ciò è probabile perché le giovani stelle si sono semplicemente formate all’interno dei dischi senza molto materiale. Quindi è stata un po’ una sorpresa quando i dati hanno indicato un pianeta molto grande attorno a LHS 3154. È stato scoperto utilizzando un telescopio presso l’Osservatorio McDonald in Texas.

I ricercatori hanno utilizzato misurazioni della velocità radiale per determinare la massa del pianeta. Questo metodo rileva gli spostamenti Doppler nella luce stellare causati dalla gravità del pianeta che attira la stella più vicino o più lontano dalla Terra, a seconda di dove la porta l’orbita del pianeta. Questo metodo può calcolare solo la massa minima del pianeta. Questo perché l’orbita del pianeta sarebbe inclinata rispetto alla Terra, quindi parte della gravità del pianeta sarebbe fuori asse.

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Queste stime collocano il pianeta appena scoperto, LHS 3154b, almeno 13 volte la massa della Terra, rendendolo leggermente più piccolo di Nettuno. (Ancora una volta, questa è una sottostima, quindi potrebbe essere più grande.) Pianeti di queste dimensioni si trovano raramente attorno a stelle così piccole. Quando lo sono, tendono ad essere molto più lontani dalle loro stelle rispetto a LHS 3154b, che impiega solo 3,7 giorni per completare la sua orbita. Quindi LHS 3154b è abbastanza insolito da richiedere una spiegazione.

Vai alla grande

Nei casi in cui esistono grandi pianeti attorno a piccole stelle, sembrano formarsi attraverso la frammentazione del disco nelle prime fasi del processo di formazione stellare: questo è lo stesso processo che forma le stelle binarie, ma con una quantità inferiore di massa che produce invece un pianeta. I ricercatori hanno scoperto che LHS 3154b è molto più grande dei pianeti formatisi nelle simulazioni di questo processo e molto più vicino alla sua stella ospite.

Pertanto, i ricercatori hanno studiato se altri modelli di formazione planetaria potrebbero produrre qualcosa di simile a LHS 3154b. Hanno ottenuto stime della quantità di materiale nei dischi di formazione planetaria attorno a stelle con una massa simile a quella di LHS 3154. Hanno poi utilizzato queste stime per simulare la formazione dei pianeti attraverso l’accrescimento di piccolo materiale roccioso o attraverso collisioni tra planetesimi. Questi generalmente non sono riusciti a produrre pianeti sufficientemente grandi.

Per formare in modo consistente qualcosa di grande quanto LHS 3154b, i ricercatori hanno dovuto modificare le condizioni iniziali in modo che ci fosse una quantità 10 volte superiore di materiale nel disco di formazione del pianeta.

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Ciò indica che i nostri attuali modelli sui meccanismi di formazione dei pianeti non possono spiegare almeno una delle nostre osservazioni. LHS 3154b potrebbe essere del tutto eccezionale e, in tal caso, non dovremmo aspettarci di vedere molto di simile né nei nostri modelli né in ulteriori osservazioni. Se combinassimo le incertezze nei modelli e le incertezze nelle misurazioni del disco, ciò potrebbe potenzialmente consentire l’esistenza di qualcosa di simile a questo pianeta.

Ma i ricercatori hanno anche preso in considerazione l’idea che LHS 3154b potesse dirci qualcosa sui nostri modelli. Un’opzione che potrebbe spiegare le cose è che la maggior parte del materiale nei dischi di formazione planetaria è sotto forma di ciottoli su scala centimetrica, che sarebbero impossibili da rilevare alle lunghezze d’onda che abbiamo usato per studiare questi dischi.

L’altro motivo è che esiste una discrepanza temporale tra il momento in cui tendiamo a ottenere buone immagini dei dischi che formano i pianeti e il momento in cui avviene effettivamente la formazione dei pianeti. Si prevede che la quantità di materiale nel disco in formazione del pianeta diminuirà nel tempo, man mano che la stella appena formata si riscalda ed espelle materiale. Se il nucleo roccioso di LHS 3154b si formasse abbastanza presto, potrebbe continuare a catturare materiale anche dopo che il disco ha iniziato ad assottigliarsi fino ai tipi di densità di materiale utilizzati in queste simulazioni.

Il modo più semplice per vedere quale di queste possibilità aiuterà a spiegare LHS 3154b è effettuare ulteriori osservazioni delle nane rosse. Questi dovrebbero dirci se esistono altri pianeti simili e forse aiutare a spiegare la quantità di materiale presente nei dischi che formano i pianeti.

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Scienza, 2023. DOI: 10.1126/science.abo0233 (Informazioni sugli ID digitali).

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