Coppie di pianeti canaglia trovati vaganti nella Nebulosa di Orione – Physics World

Coppie di pianeti canaglia trovati vaganti nella Nebulosa di Orione – Physics World

Timestamp: 12 ottobre 2023 9:22

Rappresentazione artistica di un pianeta canaglia, che appare come un oggetto scuro e fasciato su uno sfondo luminoso di stelle
Diventando un ladro: in precedenza i pianeti della massa di Giove erano stati trovati fluttuanti liberamente senza una stella madre, ma non in numeri così grandi e mai come coppie binarie fino allo studio attuale. (Per gentile concessione: NASA/JPL-Caltech)

Più di 500 oggetti di massa planetaria fluttuanti sono stati scoperti vaganti nella Nebulosa di Orione grazie a nuove osservazioni del James Webb Space Telescope (JWST). La cosa più strana è che circa 40 di questi nuovi oggetti nell’ammasso del trapezio della nebulosa esistono in ampie coppie binarie, confondendo le aspettative su come si formano questi cosiddetti “pianeti canaglia”.

Oggetti di massa planetaria fluttuanti che non orbitano attorno a una stella sono stati scoperti in precedenza in regioni di formazione stellare, ma mai nei numeri visti dal JWST Fotocamera nel vicino infrarosso (NIRCam). Questi oggetti sono visibili perché sono ancora giovani e risplendono del calore della loro formazione. Con il passare del tempo si raffredderanno e svaniranno alla vista.

Ci sono due ipotesi su come si formano questi pianeti fluttuanti. Uno è che hanno origine come stelle, collassando e condensando direttamente da una nube molecolare di formazione stellare. L'altro è che si formano attraverso l'accrescimento del nucleo in orbita attorno a giovani stelle, per poi essere espulsi successivamente dalle forze gravitazionali e dalle risonanze delle maree.

Un mistero JuMBO

Per la maggior parte dei 540 oggetti di massa planetaria trovati nella Nebulosa di Orione, “si tratterà quasi certamente di una combinazione di entrambi i [processi]”, afferma Samuel Pearson, ricercatore presso l'Agenzia spaziale europea (ESA) e autore principale di uno studio non ancora sottoposto a revisione paritaria pre-stampa sulle nuove osservazioni.

Tuttavia, i circa 40 sistemi binari ampi – il 9% del totale – non rientrano in questo quadro. Pearson li chiama JuMBO, ovvero Jupiter Mass Binary Objects, e sono un mistero.

Il problema principale, spiega Pearson, è la massa dei JuMBO. I modelli prevedono che la massa minima che può formarsi direttamente da una nube molecolare è tre volte quella di Giove. Questo limite minimo deriva dal fatto che gli oggetti più piccoli trattengono meglio il calore, il che impedisce loro di contrarsi ulteriormente. Ci si potrebbe quindi aspettare che corpi più piccoli di massa planetaria (incluso l'oggetto più piccolo nelle osservazioni del JWST, che è circa 0.6 masse gioviane) si siano invece formati attraverso l'accrescimento del nucleo - cioè dal basso verso l'alto, come la Terra - e siano stati espulsi dal loro sistema di origine.

"Ma il problema ora è che li troviamo in coppia", dice Pearson Mondo della fisica. "Come diavolo può succedere?"

Scenari di formazione planetaria

Finora ci sono due opzioni sul tavolo. Il primo è che la funzione di massa iniziale, che descrive la distribuzione delle masse con cui nascono le stelle, si estende a masse molto più piccole di quanto si pensasse. L’altro è che questi JuMBO vengono in qualche modo espulsi dai sistemi planetari.

Sebbene non esistano modelli certi su come una coppia binaria possa essere espulsa, viene da una possibile spiegazione Rosalba Perna della Stony Brook University, insieme a Yihan Wang ed Zhaohuan Zhu dell’Università del Nevada a Las Vegas, entrambi negli Stati Uniti. In una prestampa separata, propongono un modello in cui due pianeti giganti in orbita a grande distanza dalla loro stella possono essere entrambi espulsi se capita che si orientino nello stesso momento in cui il sistema sperimenta un incontro ravvicinato con una stella vicina.

Perna e Wang sottolineano che nei modelli di formazione planetaria, i pianeti giganti possono coalizzarsi direttamente dal disco di formazione planetaria a distanze di oltre 50 unità astronomiche (cioè 50 volte la distanza Terra-Sole) dalla loro stella.

"Nel nostro scenario, i JuMBO preferiscono formarsi da sistemi planetari con due pianeti giganti con semiassi maggiori vicini l'uno all'altro", dicono Wang e Perna Mondo della fisica. “Ad esempio, se il sistema planetario è ampio, la configurazione più probabile è un pianeta gigante a circa 100 UA e un altro pianeta gigante a 70 UA”.

Inserimento in un nuovo dominio

In un carta pubblicato nel 2022, Alex Scholz dell'Università di St Andrews, nel Regno Unito, e colleghi hanno previsto che il JWST sarebbe stato in grado di rilevare un numero significativo di pianeti canaglia di piccola massa negli ammassi stellari giovani. Scholz afferma che le nuove scoperte nella Nebulosa di Orione giustificano questa conclusione.

"Questi oggetti di massa planetaria appena scoperti sono davvero entusiasmanti: sono sorprendentemente abbondanti e il gran numero di oggetti binari è del tutto inaspettato", dice Mondo della fisica. "Questo è ciò che accade quando entri in un nuovo dominio: trovi cose inaspettate."

Per ora, l’onere è ottenere più dati. Pearson e il suo coautore Mark McCaughrean, che è il consulente senior dell'ESA per la scienza e l'esplorazione, vuole dare una seconda occhiata ai JuMBO in uno studio futuro, questa volta utilizzando il JWST Spettrometro nel vicino infrarosso (NIRSpec). Queste osservazioni dovrebbero confermare che hanno effettivamente una massa planetaria fornendo dettagli sulla loro temperatura, gravità superficiale e composizione atmosferica. Oltre a ciò, Pearson e McCaughrean intendono cercare oggetti di massa planetaria in un giovane ammasso stellare, NGC 2244, nato dalla Nebulosa Rosetta e situato a 5 anni luce di distanza nella costellazione dell'Unicorno. Le stelle di NGC 000 sono meno dense di quelle del Trapezio, dice Pearson, il che significa che le opportunità di incontri stellari che strappano i pianeti dalle loro orbite sono più scarse.

"È molto meno probabile che accada in regioni molto sparse, quindi se improvvisamente smettessimo di vedere i JuMBO, sarebbe una prova evidente di come questi si stanno formando", spiega.

Anche se si sa poco di questi oggetti di massa planetaria, Pearson afferma che nella nostra galassia, la Via Lattea, potrebbero essercene più di quante siano le stelle. Ciò solleva interrogativi su come definirli: sono pianeti, nane sub-brune o qualcos’altro? Considerando i confini già sfumati tra queste categorie, potrebbe non avere importanza, e Pearson si tiene alla larga da tali discussioni.

"Il modo in cui proviamo a definirli è un ottimo modo per provocare una discussione", dice ridendo.

Timestamp:

Di più da Mondo della fisica