L’erosione dei pianeti: quando le dimensioni si fanno standard

Lo studio sull’ erosione dei pianeti é stato pubblicato su The Astronomical Journal.

Svelare l’arcano

L’ erosione dei pianeti risolve un dilemma lungo decenni. Abbiamo scoperto migliaia di mondi in orbita attorno a stelle lontane, ma c’è scarsità di esopianeti che misurano tra 1,5 e due volte il raggio della Terra. Sono le dimensioni a metà tra le super-Terre rocciose e pianeti più grandi e avvolti dal gas chiamati mini-Nettuno. Da quando hanno scoperto questo “gap di raggio”‘ nel 2017, gli scienziati hanno indagato sul motivo per cui ci sono così pochi corpi celesti di medie dimensioni.




Un occhio nuovo

Il nuovo indizio è nato da un nuovo modo di osservare i dati. Un team di ricercatori guidato da Trevor David ha studiato se il divario del raggio cambia con l’invecchiamento dei pianeti. Hanno diviso gli esopianeti in due gruppi, giovani e vecchi, e hanno rivalutato il divario. Mentre la dimensione più scarsa per i pianeti più giovani era di circa 1,6 volte il raggio della Terra, è circa 1,8 volte il raggio della Terra in età avanzata. I ricercatori suggeriscono che alcuni mini-Nettuno si riducano drasticamente nel corso di miliardi di anni. Nel mentre le loro atmosfere si disperdono, lasciando solo un nucleo solido. Senza i  gas, i mini-Nettuno “saltano” il gap di raggio e diventano super-Terre.

Un divario infinito

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L’erosione dei pianeti: Un’infografica che descrive il divario del raggio degli esopianeti. (credits: Simons Foundation)

Col passare del tempo, il divario del raggio si sposta.  Mini-Nettuno sempre più grandi fanno il salto, trasformandosi in super-Terre sempre più grandi. Il divario, in altre parole, è tra le super-Terre  e i mini-Nettuni di dimensioni più piccole che possono ancora conservare le loro atmosfere.  “Il punto fondamentale è che i pianeti non sono le sfere statiche di rocce e gas che a volte tendiamo a immaginare”, commenta David. In alcuni modelli di perdita di atmosfera proposti in precedenza, “alcuni di questi pianeti erano 10 volte più grandi all’inizio della loro vita”. I risultati danno credito a due idee precedentemente proposte: il calore residuo della formazione planetaria e l’intensa radiazione dalle stelle ospite. Entrambi i fenomeni aggiungono energia all’atmosfera di un pianeta, provocando la fuga di gas nello spazio.

L’occhio di kepler

Per studiare l’erosione dei pianeti e il gap di raggio, il nuovo studio ha utilizzato i dati raccolti dalla sonda spaziale Kepler. Quando un esopianeta si sposta tra una stella e la Terra, la luce osservata dalla stella si attenua. Analizzando la velocità con cui il pianeta orbita attorno alla sua stella, le dimensioni della stella e l’entità dell’oscuramento, gli astronomi possono stimare le dimensioni dell’esopianeta. Alla fine queste analisi hanno portato alla scoperta del gap del raggio.



Idee critiche

Gli scienziati hanno precedentemente proposto alcuni potenziali meccanismi per la creazione del divario. Ogni tipo di erosione dei pianeti si svolge su una scala temporale diversa. Alcuni credevano che il divario si verificasse durante la formazione planetaria, quando manca il gas nelle vicinanze. In questo scenario il raggio del pianeta e quindi il divario apparirebbero subito. In un’altra ipotesi le collisioni con le rocce spaziali spazzano via la densa atmosfera di un pianeta. Questo meccanismo di impatto richiederebbe da circa 10 milioni a 100 milioni di anni. Una proposta è che i raggi X intensi e le radiazioni ultraviolette provenienti dalla stella ospite di un pianeta eliminino il gas nel tempo. Questo processo, chiamato fotoevaporazione, richiederebbe meno di 100 milioni di anni per la maggior parte dei pianeti.  ma potrebbe richiedere miliardi di anni per alcuni.

Dritto al punto

David ei suoi colleghi hanno iniziato la loro indagine esaminando più da vicino il divario stesso. Misurare le dimensioni di stelle ed esopianeti può essere complicato, quindi hanno ripulito i dati per includere solo pianeti i cui diametri erano noti con sicurezza. Questa elaborazione dei dati ha rivelato un gap maggiore di quanto si pensasse in precedenza. I ricercatori hanno quindi ordinato i pianeti in base al fatto che fossero più giovani o più vecchi di 2 miliardi di anni (La Terra ne ha 4,5 miliardi). Poiché una stella e i suoi pianeti si formano simultaneamente, hanno determinato l’età di ogni pianeta in base all’età della sua stella.

La gravità dei piccoli

I risultati suggeriscono che i mini-Nettuno più piccoli non sono in grado di trattenere il loro gas. Nel corso di miliardi di anni, il gas viene rimosso, lasciandosi dietro una super-Terra per lo più solida. Questo processo richiede più tempo per mini-Nettuno più grandi che diventano le super-Terre più grandi. Tuttavia non avrà impatto sui pianeti gassosi più giganteschi, la cui gravità è abbastanza forte da contenere le loro atmosfere.

Il fatto che il divario del raggio cambi nel corso di miliardi di anni suggerisce che il colpevole non siano le collisioni planetarie o una stranezza intrinseca della formazione planetaria. Il calore residuo dall’interno dei pianeti che sta gradualmente strappando via l’atmosfera è una buona idea, dice David, ma anche le intense radiazioni delle stelle madri potrebbero contribuire, soprattutto all’inizio. Il prossimo passo è che gli scienziati modellino meglio come si evolvono i pianeti per scoprire quale spiegazione gioca un ruolo più importante. Ciò potrebbe significare considerare ulteriori complessità come le interazioni tra atmosfere alle prime armi e campi magnetici planetari o oceani di magma.



Daniele Tolu

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