Le osservazioni mostrano che tra il gruppo di pianeti che, per dimensioni, sono indicati come ‘super Terre’ e i ‘mini Nettuno’ c’è un ”vuoto” che è molto difficile da spiegare.
Ad oggi il numero ufficiale di esopianeti confermato dalla NASA è di 5.206, in orbita attorno alle loro stelle in 3.894 diversi sistemi solari. Cifre, tra l’altro, che aumentano di giorno in giorno e che sono già sufficienti per fare statistiche attendibili. Molti di questi pianeti sono giganti, gassosi e molto massicci, con raggi che vanno dalle 2,5 volte quello della Terra (mini Nettuno) e un’altra popolazione particolarmente significativa è quella dei pianeti rocciosi, simili al nostro e chiamati ‘super Terre’, con raggi di circa 1,4 volte quello del nostro pianeta. Ma quelle statistiche nascondono due misteri. Il primo è l’apparente mancanza di mondi con raggi intermedi, circa 1,8 volte il raggio della Terra. Conosciuto come il problema della “valle del raggio”, questo divario nella presenza di pianeti di una certa dimensione è particolarmente significativo nelle scoperte del Kepler Space Telescope, responsabile della scoperta di oltre 2.600 esopianeti. Il secondo mistero, noto come ‘piselli in un baccello’, si riferisce al fatto non meno inspiegabile che è molto comune trovare pianeti vicini con dimensioni molto simili in certi sistemi planetari. Questi mondi si allineano nelle loro orbite in maniera armonica e ordinata, formando una linea da cui prendono il nome. Ora, un gruppo internazionale di ricercatori guidati da André Izidoro, scienziato del progetto CLEVER ( Cycles of Life-Essential Volatile Elements in Rocky Planets), della Rice University di Houston, è riuscito a sviluppare un modello che riflette come le forze che agiscono sui pianeti appena formati spiegando entrambi i misteri. In altre parole, la soluzione dei due enigmi starebbe nei movimenti che compiono i pianeti durante i loro primi anni di esistenza, e quanto spesso si scontrano tra loro. Il lavoro è appena stato pubblicato su “The Astrophysical Journal Letters“. I ricercatori hanno utilizzato un supercomputer per riprodurre il modo in cui i pianeti migrano da un luogo all’altro per trovare la loro posizione e hanno eseguito la simulazione per studiare un periodo che copre i primi 50 milioni di anni della storia di un sistema planetario. Nel modello, anche i dischi protoplanetari di gas e polvere – i dischi di materia che circondano le stelle appena nate e danno origine ai pianeti – interagiscono con i pianeti in migrazione, avvicinandoli alle loro stelle madri e “bloccandoli” in catene di orbitali risonanti. Le risonanze orbitali si verificano quando due o più corpi orbitanti si influenzano gravitazionalmente a vicenda a intervalli regolari, qualcosa che può stabilizzare, ma anche destabilizzare un’orbita planetaria. Per capirlo, pensiamo a un bambino su un’altalena che oscilla con un periodo esatto di due secondi. Se il tuo genitore lo spinge a intervalli irregolari, l’oscillazione dell’altalena può essere maggiore o minore. Ma se lo fa esattamente ogni due secondi, farà sicuramente oscillare più forte tuo figlio. Lo stesso effetto applicato alle “spinte” gravitazionali dei pianeti, in un sistema, è noto come risonanza orbitale.
Ma dopo qualche milione di anni, i dischi protoplanetari si dissipano, e la mancanza della loro influenza gravitazionale fa migrare i pianeti già formati verso nuove orbite, provocando instabilità che possono addirittura far scontrare due o più mondi tra loro. Sebbene i modelli di migrazione planetaria siano stati usati per studiare i sistemi planetari che conservavano le risonanze orbitali, questi risultati rappresentano una novità assoluta per gli astronomi. Secondo Izidoro, “Siamo i primi a spiegare la valle del raggio utilizzando un modello di formazione planetaria e di evoluzione dinamica che spiega coerentemente molteplici limitazioni osservative. Possiamo anche dimostrare che un modello di formazione planetaria che incorpora impatti giganti è coerente con la caratteristica del pisello nel baccello degli esopianeti. La migrazione dei giovani pianeti verso le loro stelle ospiti – spiega Izidoro – genera una sovrappopolazione e spesso provoca collisioni catastrofiche che spogliano i pianeti delle loro atmosfere ricche di idrogeno. Ciò significa che gli impatti giganti, come quello che ha formato la nostra luna, sono probabilmente un risultato generico della formazione del pianeta“. Tenendo conto di questi dati, Izidoro e i suoi colleghi suggeriscono nel nuovo studio che, una volta formati, i pianeti si presentano in due varianti che corrispondono alle osservazioni: da un lato, mondi rocciosi che sono circa il 50% più grandi della Terra (Super Terre); e dall’altro pianeti ricchi di ghiaccio e acqua che sono circa 2,5 volte più grandi della Terra (mini Nettuno). Secondo Izidoro, i loro risultati sono coerenti con le nuove osservazioni che suggeriscono che le super-Terre e i mini-Nettuno non sono esclusivamente pianeti asciutti e rocciosi. Un’opportunità, quindi, per il nuovissimo James Webb Space Telescope per testare ancora una volta le sue capacità ed effettuare nuove e dettagliate osservazioni di sistemi di esopianeti.
