Nane brune e pianeti giganti gassosi forse si formano seguendo meccanismi diversi

Il sistema della nana bruna GJ 504 B
Un articolo pubblicato sulla rivista “The Astronomical Journal” offre una spiegazione ai meccanismi di formazione di pianeti giganti gassosi e nane brune portando prove che si tratta di due meccanismi diversi. Un team di astronomi guidato da Brendan Bowler dell’Università del Texas, a Austin, ha condotto osservazioni all’Osservatorio Keck e con il telescopio Subaru, entrambi alle Hawaii, affiancate da simulazioni al computer usando il software libero / open source orbitize! per cercare di capire se vi fossero differenze orbitali che indicassero una diversa origine tra questi oggetti. La loro conclusione è che le nane brune hanno orbite decisamente più ellittiche.

Le nane brune sono oggetti a metà strada tra pianeti e stelle, con masse tra 13 e 75 volte quella di Giove. Tuttavia, si tratta di definizioni basate su dati empirici perché la loro esistenza è stata scoperta solo negli anni ’90 e gli astronomi stanno ancora cercando di capirle pienamente. Studi che avevano lo scopo di capire i meccanismi di formazione delle nane brune sono state già compiuti nel passato ma i miglioramenti tecnologici oggi permettono di compiere osservazioni dirette di questi oggetti substellari e di pianeti giganti gassosi. Allo stesso tempo, l’enorme crescita della potenza dei computer permette di compiere simulazioni più accurate in tempi molto più rapidi.

Il team del dottor Brendan Bowler ha compiuto osservazioni utilizzando lo strumento Near-Infrared Camera, second generation (NIRC2) sul telescopio Keck II e il telescopio Subaru per catturare immagini dirette di pianeti giganti e nane brune in 27 sistemi. Questi oggetti orbitano a distanze notevoli dalle loro stelle, perciò il loro anno può durare perfino secoli terrestri. Ciò significa che è impossibile osservare le loro orbite complete ma anche osservarne una frazione sufficiente a estrapolarne il resto è un lavoro lungo. Di conseguenza, i ricercatori hanno combinato una serie di nuove osservazioni con tutti i dati disponibili da ricerche compiute negli anni precedenti.

L’immagine in alto (Cortesia Brendan Bowler (UT-Austin)/W. M. Keck Observatory. Tutti i diritti riservati) mostra il sistema binario che contiene la nana bruna GJ 504 B, mostrata nel riquadro ingrandito in alto, fotografato con lo strumento NIRC2 del telescopio Keck II.

Il risultato è ancora ben lontano dalla completezza e qui sono entrate in gioco le simulazioni al computer. Alcuni degli autori di questa ricerca hanno contribuito allo sviluppo di orbitize!, un software libero / open source rilasciato sotto licenza BSD modificata/Nuova licenza BSD (3 clausole) che utilizza le leggi del moto planetario di Keplero per identificare quali orbite sono coerenti con le posizioni misurate e quali non lo sono.

Grazie ai dati raccolti, orbitize! ha generato una serie di possibili orbite per ogni pianeta gigante gassoso e nana bruna parte di questo studio. L’immagine in basso (Cortesia Brendan Bowler (UT-Austin). Tutti i diritti riservati) mostra le orbite ricostruite usando il programma orbitize! di 9 dei 27 oggetti studiati.

Maggiore è la quantità di dati disponibile più rifinita è la forma dell’orbita, lasciando meno incognite. In particolare, i ricercatori erano interessati alle forme delle varie orbite per capire se vi fossero differenze significative tra quelle dei pianeti giganti gassosi e quelle delle nane brune. Il risultato è una significativa differenza nell’eccentricità delle loro orbite con i pianeti che hanno orbite decisamente più circolari delle nane brune.

I ricercatori hanno concluso che le diverse caratteristiche orbitali di pianeti e nane brune sono dovute a diversi meccanismi di formazione: i pianeti si sono formati da un disco protoplanetario di gas e polvere che circondava le loro stelle mentre le nane brune si sono formate in seguito alla frammentazione di una nube dalla quale una parte ha portato alla formazione della stella e l’altra parte alla formazione della nana bruna.

Brendan Bowler ha puntualizzato che il campione è al momento modesto e la ricerca continuerà anche cercando di ampliarlo. Il suo team continuerà a monitorare i 27 oggetti studiati per aumentare la precisione della ricostruzione delle loro orbite e sta esaminando i dati raccolti dalla sonda spaziale Gaia dell’ESA alla ricerca di altri candidati da studiare. Nei prossimi anni sarà possibile compiere osservazioni dirette con nuovi strumenti come il Giant Magellan Telescope (GMT) per compiere ulteriori passi in avanti.

Orbite di 9 pianeti e nane brune ricostruite con orbitize!

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