Dove si trova la linea di demarcazione tra le stelle e i pianeti più massicci? Gli scienziati pensano che possa dipendere dal loro processo di formazione. Si è trattato di un processo dal basso verso l’alto, con una crescita graduale nel tempo, o di un processo dall’alto verso il basso, in cui una grande massa di gas e polveri si frammenta in particelle più piccole, delle dimensioni di un pianeta? Gli astronomi hanno utilizzato il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA per studiare un oggetto con una massa circa 15 volte superiore a quella di Giove, che si colloca proprio sulla linea di demarcazione tra i due processi. Hanno scoperto che l’oggetto, chiamato 29 Cygni b, si è probabilmente formato dal basso verso l’alto piuttosto che dall’alto verso il basso. In altre parole, si è formato come un pianeta, non come una stella.
I pianeti, come quelli del nostro Sistema Solare, si formano attraverso un processo dal basso verso l’alto, in cui piccoli frammenti di roccia e ghiaccio si aggregano e crescono di dimensioni nel tempo. Ma più un pianeta è massiccio, più è difficile spiegarne la formazione in questo modo. E’ quanto comunica l’ESA.
Lo studio su 29 Cygni b
Gli astronomi hanno utilizzato il telescopio spaziale James Webb per esaminare 29 Cygni b, un oggetto circa 15 volte più massiccio di Giove in orbita attorno a una stella vicina. Hanno trovato diverse prove che 29 Cygni b si è effettivamente formato attraverso questo processo dal basso verso l’alto, fornendo nuove informazioni su come si formano i pianeti più massicci. Un articolo che descrive questi risultati è stato pubblicato sull’Astrophysical Journal Letters.
Si ritiene generalmente che il processo di formazione planetaria avvenga all’interno di giganteschi dischi di gas e polvere attorno alle stelle, attraverso un processo chiamato accrescimento. La polvere si aggrega in granelli che, collidendo, crescono sempre di più, formando protopianeti e infine pianeti. I più grandi accumulano poi gas per diventare giganti come Giove. Poiché la formazione dei giganti gassosi richiede più tempo e il disco di materiale che dà origine ai pianeti alla fine evapora e scompare, i sistemi planetari finiscono per avere molti più pianeti piccoli che pianeti grandi.
Al contrario, le stelle si formano quando una vasta nube di gas si frammenta e ogni frammento collassa sotto la propria gravità, diventando più piccolo e più denso. Un processo di frammentazione simile potrebbe teoricamente verificarsi anche all’interno dei dischi protoplanetari. Ciò potrebbe spiegare perché alcuni oggetti molto massicci si trovano a miliardi di chilometri dalle loro stelle ospiti, in regioni in cui il disco protoplanetario avrebbe dovuto essere troppo rarefatto per consentire l’accrescimento.
Le caratteristiche di 29 Cygni b
29 Cygni b si trova sulla linea di demarcazione tra ciò che può essere spiegato da questi due diversi meccanismi. Ha una massa 15 volte superiore a quella di Giove e orbita attorno alla sua stella a una distanza media di 2,4 miliardi di chilometri, circa la stessa di Urano nel nostro Sistema Solare. Il team di ricerca l’ha presa di mira perché potrebbe potenzialmente essere il risultato di entrambi i processi.
Il programma di osservazione del team scientifico ha utilizzato la NIRCam ( Near-Infrared Camera ) del telescopio Webb in modalità coronografica per riprendere direttamente 29 Cygni b. Questo pianeta è stato il primo dei quattro oggetti presi di mira dal programma, tutti noti per avere una massa compresa tra 1 e 15 volte quella di Giove. Il team ha inoltre richiesto che i suoi obiettivi orbitassero entro circa 15 miliardi di chilometri dalle rispettive stelle.
I pianeti erano tutti giovani e ancora caldi a causa della loro formazione, con temperature che variavano da circa 530 a 1.000 gradi Celsius. Ciò avrebbe garantito che la composizione chimica delle loro atmosfere fosse simile a quella dei pianeti di HR 8799, il cui sistema era stato studiato in precedenza dal team. Scegliendo filtri appropriati, il team è stato in grado di individuare segni di assorbimento della luce da parte dell’anidride carbonica (CO₂) e del monossido di carbonio (CO), il che ha permesso loro di determinare la quantità di questi elementi chimici più pesanti, che gli astronomi chiamano collettivamente metalli. Hanno trovato prove concrete che 29 Cygni b è arricchito di metalli rispetto alla sua stella ospite, che è simile al nostro Sole nella sua composizione. Data la massa del pianeta, la quantità di elementi pesanti che contiene è equivalente a quella di circa 150 Terre. Ciò suggerisce che abbia accresciuto grandi quantità di solidi ricchi di metalli da un disco protoplanetario.
Il team ha inoltre utilizzato un sistema di telescopi ottici terrestri chiamato CHARA (Center for High Angular Resolution Astronomy) per determinare se l’orbita del pianeta fosse allineata con la rotazione della stella. Hanno confermato tale allineamento, come ci si aspetterebbe da un oggetto formatosi da un disco protoplanetario. Nel complesso, queste prove suggeriscono fortemente che 29 Cygni b si sia formato all’interno di un disco protoplanetario attraverso un rapido accrescimento di materiale ricco di metalli. Man mano che il team raccoglie dati sugli altri tre obiettivi del programma, intende cercare prove di differenze di composizione tra i pianeti di massa inferiore e quelli di massa superiore. Ciò dovrebbe fornire ulteriori informazioni sui loro meccanismi di formazione.