Tracciando l’evoluzione iniziale di un sistema di tre esopianeti
Tre pianeti transitanti attorno ad una stella di 400 milioni di anni
La comprensione del processo di formazione planetaria e delle prime fasi evolutive dei sistemi planetari è una delle sfide più importanti dell’astrofisica contemporanea. Questa sfida richiede complesse e complesse campagne osservative, sia fotometriche sia spettroscopiche, di stelle giovani, spesso immerse in ambienti affollati e caratterizzate da emissione nebulare. Inoltre, le stelle giovani presentano tipicamente un’intensa attività magnetica, capace di generare segnali che possono essere scambiati per quelli prodotti da eventuali pianeti in transito.
A dimostrare la difficoltà e, al contempo, la rilevanza di questo campo di ricerca sono i numerosi progetti dedicati alla caratterizzazione degli esopianeti giovani. Tra questi spiccano i contributi dei satelliti Kepler e TESS della NASA per la produzione di curve di luce (ovvero lunghe serie temporali fotometriche mirate a studiare la variabilità stellare e rilevare i transiti) e dello spettrografo HARPS-N, montato al Telescopio Nazionale Galileo (TNG), utilizzato per misurare la velocità radiale della stella e individuare le oscillazioni indotte dall’orbita dei pianeti.
Sfruttando le osservazioni di Kepler e TESS (durate rispettivamente 89 e 28 giorni), insieme a 70 osservazioni spettroscopiche ad alta risoluzione ottenuti con HARPS-N, un team di ricerca guidato dal giovane astrofisico V. Fardella (Università degli Studi di Palermo ed INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo) ha determinato la massa e la natura di tre pianeti in transito attorno alla stella K2-233, un astro di circa 400 milioni di anni con una temperatura superficiale di circa 4900 K. I tre pianeti hanno periodi orbitali di circa 2.4, 7 e 24 giorni.
Lo studio ha rivelato che il pianeta più esterno, K2-233 d, possiede una densità media pari a circa 0.46 volte quella terrestre e un raggio di circa 2.4 raggi terrestri. Questa dimensione lo colloca poco al di sopra della cosiddetta «radius valley», la regione che separa i sub-nettuniani dalle super-terre. Il pianeta conserva ancora un’atmosfera primordiale ricca di idrogeno, la cui evaporazione provocata dalla radiazione stellare ad alta energia, potrebbe richiedere più di 5 miliardi di anni nel caso di un nucleo di tipo terrestre, o meno di un miliardo di anni se la sua struttura interna fosse ricca di ghiacci.
I pianeti interni, b e c, hanno invece già perso la loro atmosfera primordiale (rispettivamente in 15–70 e 210–260 milioni di anni). I modelli sviluppati dal team indicano che entrambi i pianeti possiedono una struttura interna dominata dal ferro, con una frazione significativa di silicati.
I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Astronomy & Astrophysics nell’articolo “The GAPS Programme at TNG. LXXX. Characterisation of the 400 Myr old multi-planet system K2-233“, che costituisce l’80° lavoro scientifico prodotto dalla collaborazione internazionale GAPS (Global Architecture of Planetary Systems).
La figura di copertina (cliccare qui per visualizzarla interamente) mostra in alto un’immagine della regione di cielo attorno a K2-233 (estratta dalla Digitized Sky Survey in banda rossa). Nella parte inferiore sono riportate le curve di luce ottenute da K2 (al centro) e TESS (in basso): i punti grigi indicano i dati osservati, mentre la linea rossa rappresenta il modello teorico che tiene conto sia della variabilità della stella sia dei transiti planetari. Le piccole cali di luminosità corrispondenti ai transiti sono segnalate da triangoli di diverso colore per ciascuno dei tre pianeti.
