Nuovo studio: svelati i misteri delle differenze di densità dei sub-nettuni

RomeMolte stelle nella nostra galassia hanno pianeti che le orbitano. I pianeti più comuni sono chiamati sub-nettuni e sono di dimensioni comprese tra quelle della Terra e di Nettuno. Determinare la loro densità è complicato. Gli scienziati utilizzano due metodi per misurare la loro massa: il metodo TTV (variazione del tempo di transito) e il metodo della velocità radiale. Hanno osservato che questi metodi forniscono risultati diversi per quanto riguarda la densità.

Ricercatori del NCCR PlanetS, dell'Università di Ginevra e dell'Università di Berna hanno realizzato uno studio pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics.

Ecco un riassunto delle loro principali scoperte:

Le ricerche indicano che esistono due tipi di pianeti sub-Nettuno: densi e meno densi. La densità misurata tramite le Variazioni nei Tempi di Transito (TTV) tende a risultare inferiore rispetto al metodo della velocità radiale. Inoltre, i sistemi valutati con TTV spesso si trovano in risonanza orbitale.

Exopianeti tra le dimensioni della Terra (circa 6.400 km di raggio) e Nettuno (circa 25.000 km di raggio) sono chiamati sub-Nettuni. Tra il 30% e il 50% delle stelle simili al nostro Sole possiedono almeno un sub-Nettuno. Per determinarne la densità, gli scienziati misurano la loro massa e dimensione. Un metodo, chiamato TTV, segue i cambiamenti nel tempo di transito dei pianeti davanti alla loro stella, causati dall'attrazione gravitazionale di altri pianeti. Un altro metodo, chiamato velocità radiale, misura le variazioni nella velocità della stella causate dai pianeti orbitanti.

Un gruppo di scienziati di NCCR PlanetS, UNIGE e UNIBE ha investigato questo problema e ha scoperto che la differenza risiede in cause fisiche, non in pregiudizi. Hanno rilevato che i sistemi misurati con il metodo TTV spesso presentano pianeti in risonanza, il che significa che il rapporto tra i loro periodi orbitali è una frazione semplice. Per esempio, un pianeta può orbitare intorno alla stella due volte mentre un altro una sola volta. Diversi pianeti in risonanza possono creare uno schema chiamato risonanze di Laplace.

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Adrien Leleu, uno degli autori dello studio, ha ipotizzato un possibile legame tra la densità di un pianeta e i suoi modelli orbitali. Per verificare questa teoria, gli scienziati dovevano evitare di introdurre pregiudizi nei loro dati. I pianeti più grandi e più leggeri richiedono più tempo per essere rilevati con i metodi di velocità radiale. Questo ritardo potrebbe portare a trascurare tali pianeti e quindi non analizzarli perché la loro massa è sconosciuta. Ciò potrebbe distorcere la ricerca, mostrando una preferenza per il rilevamento di pianeti più massicci e densi con le tecniche di velocità radiale.

Dopo aver pulito i dati, i ricercatori hanno eseguito test statistici. Hanno scoperto che i sub-Nettuno in sistemi con risonanze orbitali sono meno densi rispetto a quelli in sistemi senza risonanze orbitali, indipendentemente da come viene misurata la loro massa.

Lo studio propone diverse ragioni per questo legame. Una teoria principale riguarda la formazione dei sistemi planetari. Inizialmente, tutti i sistemi potrebbero formarsi con orbite dei pianeti interconnesse. Tuttavia, solo il 5% di questi sistemi rimane stabile nel tempo. I restanti diventano instabili, portando a collisioni tra i pianeti. Queste collisioni causano la fusione e l'incremento della densità dei pianeti. Dopo la fusione, i pianeti si stabilizzano in nuove orbite non interconnesse.

Yann Alibert dell'Università di Berna ha indicato che i modelli informatici sulla formazione e l'evoluzione dei pianeti dimostrano che i pianeti in risonanza tendono ad avere una densità minore. Lo studio rivela anche che la maggior parte dei sistemi planetari ha subito grandi collisioni, simili all'impatto che ha dato origine alla nostra Luna, ma spesso ancora più violente.

La ricerca spiega perché i sub-Nettuniani presentano densità diverse. Queste nuove scoperte migliorano la nostra comprensione della formazione e dell'evoluzione dei sistemi planetari.