Gli astronomi hanno sviluppato fino ad oggi il modello più realistico della formazione dei pianeti nei sistemi stellari binari.
I ricercatori dell'Università di Cambridge e del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics hanno mostrato come gli esopianeti nei sistemi di stelle binarie, scoperti dal telescopio spaziale Kepler, siano emersi senza essere distrutti in un ambiente caotico di nascita.
Hanno studiato un tipo di sistema binario in cui una stella compagna più piccola orbita attorno a una stella madre più grande circa una volta ogni 100 anni: il nostro vicino più prossimo, Alpha Centauri, è un esempio di tale sistema.
"Un tale sistema sarebbe l'equivalente di un secondo Sole al posto di Urano, il che renderebbe il nostro sistema solare completamente diverso", ha detto il coautore Roman Rafikov del Dipartimento di Matematica Applicata e Fisica Teorica di Cambridge.
Lui e il suo coautore Kidron Silsby del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics hanno scoperto che i planetesimi - blocchi di costruzione planetari che ruotano attorno a una giovane stella - devono iniziare almeno 10 chilometri di diametro per formare pianeti in questi sistemi e un disco di polvere , ghiaccio e il gas che circonda la stella, all'interno del quale si formano i pianeti, dovrebbero essere relativamente rotondi.
Lo studio porta lo studio della formazione planetaria nei sistemi binari a un nuovo livello di realismo e spiega come potrebbero essersi formati tali pianeti, molti dei quali sono stati scoperti.
Si ritiene che la formazione planetaria inizi con un disco protoplanetario composto principalmente da idrogeno, elio e minuscole particelle di ghiaccio e polvere, in orbita attorno alla giovane stella. Secondo l'attuale teoria principale della formazione planetaria, nota come accrescimento del nucleo, le particelle di polvere si attaccano l'una all'altra, formando alla fine solidi sempre più grandi.
Se il processo si interrompe prematuramente, il risultato sarà un pianeta roccioso simile alla Terra. Se il pianeta diventa più grande della Terra, la sua gravità è sufficiente per intrappolare una grande quantità di gas dal disco, che porterà alla formazione di un gigante gassoso simile a Giove.
"Questa teoria ha senso per i sistemi planetari formati attorno a una singola stella, ma la formazione planetaria nei sistemi binari è più difficile perché la stella compagna agisce come un gigantesco frullino per le uova, energizzando dinamicamente il disco protoplanetario", affermano gli scienziati.
“In un sistema a stella singola, le particelle nel disco si muovono a bassa velocità, quindi si attaccano facilmente quando si scontrano, permettendo loro di crescere. Ma a causa dell'effetto gravitazionale "batti-uovo" di una stella compagna in un sistema binario, le particelle solide si scontrano tra loro a una velocità molto più elevata. Pertanto, quando si scontrano, si distruggono a vicenda".
Molti esopianeti sono stati visti in sistemi binari, quindi la domanda è sempre stata come si sono formati lì. Alcuni astronomi hanno persino suggerito che forse questi pianeti fluttuassero nello spazio interstellare e, ad esempio, fossero assorbiti dalla gravità del sistema binario.
Gli scienziati hanno eseguito una serie di simulazioni per aiutare a risolvere questo enigma. Hanno sviluppato un modello matematico dettagliato della crescita dei pianeti in un sistema binario che utilizza dati fisici realistici e tiene conto di processi spesso trascurati, come l'effetto gravitazionale di un disco di gas sul movimento dei planetesimi al suo interno.
"È noto che il disco influenza direttamente i planetesimi attraverso la resistenza ai gas, agendo come una sorta di vento", affermano i ricercatori. "Alcuni anni fa, ci siamo resi conto che, oltre alla resistenza ai gas, la gravità del disco stesso altera drasticamente la dinamica dei planetesimi, in alcuni casi permettendo la formazione di pianeti anche di fronte a perturbazioni gravitazionali causate dalla compagna stellare".
Il modello ha mostrato che i pianeti possono formarsi in sistemi binari come Alpha Centauri, a condizione che i planetesimi abbiano inizialmente una dimensione di almeno 10 chilometri e che il disco protoplanetario stesso sia quasi rotondo, senza gravi deviazioni. Quando queste condizioni sono soddisfatte, i planetesimi in alcune parti del disco finiscono per muoversi abbastanza lentamente l'uno rispetto all'altro da restare uniti invece di distruggersi a vicenda.
Questi dati supportano uno speciale meccanismo di formazione planetesimale, chiamato instabilità di flusso, che è parte integrante del processo di formazione planetaria. Questa instabilità è un effetto collettivo, che coinvolge molte particelle solide in movimento in presenza di gas, che è in grado di concentrare particelle di polvere di dimensioni variabili dai ciottoli ai massi per produrre diversi grandi planetesimi che sopravviveranno alla maggior parte delle collisioni.
I risultati di questo lavoro forniscono importanti informazioni per le teorie della formazione planetaria intorno a stelle binarie e singole, nonché per la modellazione idrodinamica di dischi protoplanetari in sistemi binari.
In futuro, questo modello potrà essere utilizzato per spiegare l'origine dei pianeti di tipo Tatooine, esopianeti che orbitano su entrambi i componenti del sistema binario.
2021-07-28 14:36:42
Autore: Vitalii Babkin