Astronomia: due teorie sui meccanismi di formazione dei pianeti giganti gassosi

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Pianeti gioviani sotto la lente. I ricercatori del Politecnico federale di Zurigo e delle Università di Berna e Zurigo hanno utilizzato il super computer del CSCS per scoprire i meccanismi di formazione e l’evoluzione nel tempo di questi grandi corpi celesti.

Gli astronomi – spiega l’Agenzia Spaziale Italiana – hanno messo a punto due teorie che spiegano la nascita dei giganti gassosi come Giove e Saturno. La prima riguarda l’accrescimento del nucleo, secondo cui tutto ha inizio dalla formazione di un nucleo solido che si sviluppato fino ad arrivare a misurare 10 volte la grandezza della Terra. Successivamente il nucleo attirat una considerevole quantità di gas riuscendo a tenerli con sé.

La seconda teoria detta di “instabilità del disco” parte dal basso: il disco gassoso intorno alla giovane stella è così massiccio che la gravità  stessa dei gas e delle polveri provoca la formazione  di bracci a spirale con un  cluster al centro. Questi agglomerati collassano a causa della loro stessa gravità diventando pianeti gassosi, seguendo lo stesso procedimento che si attua per la formazione stellare.

In entrami i casi, si viene a formare un disco circumplanetario attorno al gigante gassoso che funge da culla per la formazione dei satelliti. Per poter comprendere quale dei due scenari si sia sviluppato nel Sistema Solare i ricercatori Judit Szulágyi e Lucio Mayer li hanno inseriti entrambi nel supercomputer Piz Daint. “Abbiamo spinto le simulazioni al limite massimo in termini di complessità della fisica inserita nei modelli” – ha sottolineato Szulágyi in questo modo abbiamo avutola più alta risoluzione mai raggiunta prima”.

I due scienziati hanno trovato grandi differenze tra i due meccanismi di formazione: in quello riguardante l’instabilità del disco i gas in prossimità del pianeta sono rimasti molto freddi, intorno ai 50 gradi Kelvin, mentre nell’altro caso il disco circumplanetario si è riscaldato fino a qualche centinaio di gradi Kelvin. Questa differenza tra le temperatur è facilmente rilevabile. Quando gli astronomi osservano i sistemi planetari in via di formazione la sola variazione delle temperature nelle loro vicinanze è sufficiente per dire quale dei due meccanismi abbia dato il via allo sviluppo del pianeta.

Uno shock frontale dalla luminosità intensa

Parlando di dimensioni, le cose si complicano. Le osservazioni sulle misure del pianeta neonato risultano fuorvianti e i motivi sono apparsi in un secondo studio realizzato con la partnership dell’Università di Berna. La teoria dell’accrescimento del nucleo ha permesso di guardare da vicino il disco intorno ai pianeti con masse da tre a dieci volte superiori a quelle di Giove. La simulazione al computer ha mostrato che il gas che viene dalle aree esterne si riscalda creando uno shock luminoso frontale  elevato, sullo strato superiore del disco. Tale fenomeno può causare una percezione sbagliata delle sembianze del giovane mondo in formazione, con il rischio che se ne sovrastimi la massa fino a 4 volte.

Quando vediamo un punto luminoso dentro al disco circumplanetario non siamo certi se si tratti della luminosità del pianeta o del disco – ha continuato Szulágyi può darsi quindi che il pianeta la massa di Saturno e non diverse masse di Giove”.

I risultati dello studio sono incoraggianti ma necessitano di ulteriori approfondimenti. Portare avanti nuove simulazioni con strumenti sempre più precisi e dando maggiori dettagli sulla parte relativa alla fisica, dovrà essere necessariamente il prossimo passo da compiere.