Gli astronomi hanno trovato il Pianeta 9… in un altro sistema solare

Gli astronomi hanno trovato il Pianeta 9... in un altro sistema solare

Anche con tutto quello che abbiamo imparato sul nostro Sistema Solare, soprattutto negli ultimi due decenni, i ricercatori devono ancora affrontare molte domande senza risposta. Una di queste domande riguarda il cosiddetto Pianeta Nove. L’ipotesi del Pianeta Nove afferma che c’è un enorme pianeta nel nostro Sistema Solare che orbita a grande distanza dal Sole.

Nessuno ha mai osservato il pianeta ipotizzato; la prova di ciò sta in un ammasso di corpi che orbitano intorno al Sole 250 volte più lontano della Terra. Questi oggetti sono chiamati e-TNO, per Oggetti transnettuniani estremi. Secondo l’ipotesi, la gravità del Pianeta Nove è responsabile delle insolite orbite a grappolo di questi e-TNO.

Ora gli astronomi hanno trovato un lontano sistema solare con un proprio Pianeta Nove, e questa scoperta sta infondendo nuova vita all’ipotesi.

Il pianeta si chiama HD 106906 be orbita intorno a una stella binaria a 336 anni luce di distanza. Ha una massa di circa 11 Jupiter e orbita intorno alle stelle a una distanza di oltre 730 volte la distanza dalla Terra al Sole. Si tratta di un’orbita estremamente distante.

Il documento che presenta questi risultati si intitola “Primo rilevamento del movimento orbitale per HD 106906 b: un esopianeta ad ampia separazione su un’orbita simile al Pianeta Nove.” Il primo autore è Meiji M. Nguyen dell’Università della California, Berkeley. È pubblicato su The Astronomical Journal.

La storia di questa scoperta inizia nel 2004, quando Hubble ha osservato per la prima volta l’HD 106906 b. All’epoca si sapeva poco del sistema. Le osservazioni di Hubble erano osservazioni di follow-up volte a dimostrare indirettamente che un disco di polvere calda circondava la stella, e gli astronomi volevano saperne di più su quel disco.

Paul Kalas, anche lui della UC Berkeley, è uno degli autori del nuovo lavoro. In uno scambio di email con Universe Today, Kalas ha spiegato l’interessante back story di HD 106906 b. “La prima osservazione di Hubble ha avuto luogo il 24 luglio 2004. Lo scopo era quello di dare un seguito alle prove indirette che la stella centrale era circondata da un disco di polvere, proprio come il nostro sistema solare ha la cintura di asteroidi e la cintura di Kuiper”.

“All’epoca non sapevamo che la stella fosse in realtà una stella binaria, né sapevamo che una delle stelle di sfondo nel campo visivo fosse un pianeta extrasolare invece di una vera stella di sfondo”, ha spiegato Kalas. “Quello che sapevamo è che la stella HD 106906 era una fonte di troppe radiazioni infrarosse, e abbiamo dedotto che c’era un disco di polvere calda intorno ad essa”.

Alcune delle immagini Hubble del sistema HD 106906 del 2004. La parte superiore è un'immagine prima di spostare la stella dietro la macchia coronografica (cerchio nero) e dopo averla spostata dietro la macchia. L'HD 106906 b è mostrato come il cerchio giallo contrassegnato da
Alcune delle immagini Hubble del sistema HD 106906 del 2004. La parte superiore è un’immagine prima di spostare la stella dietro la macchia coronografica (cerchio nero) e dopo averla spostata dietro la macchia. L’HD 106906 b è mostrato come il cerchio giallo contrassegnato da “b”. Nel 2004 si è ipotizzato che HD 106906 b fosse una stella di sfondo. Credito immagine: Nguyen et al, 2020.

Quando gli astronomi indicarono Hubble al sistema nel 2004, stavano cercando il disco di polvere, ma non lo trovarono, anche se lo stavano guardando. “Il disco è così distorto, che è difficile riconoscerlo come disco e potrebbe essere stato scambiato per un artefatto del rumore”, ha detto Kalas.

Hanno anche guardato il pianeta, ma non l’hanno identificato come tale. Hanno invece pensato che fosse una stella di fondo, in parte perché orbita a una distanza così estrema dalle stelle del sistema. “Il pianeta è talmente lontano dalla stella binaria che ci si aspetterebbe naturalmente di trovare una stella di sfondo in questo punto lontano piuttosto che un pianeta”, ha detto Kalas.

Ora la storia salta all’anno 2013, quando gli astronomi hanno utilizzato i telescopi di Magellano presso l’Osservatorio di Las Campanas, nel deserto cileno di Atacama, per studiare il sistema. Hanno catturato diverse immagini nel tempo, che mostravano il movimento. Spiega Kalas: “HD 106906 (la stella binaria) si muove nel cielo rispetto alle stelle di sfondo più lontane. Hanno scoperto che anche HD 106906 b si muoveva nella stessa direzione e distanza del binario. Non era affatto una stella di sfondo, ma un pianeta gigante fisicamente associato al binario”.

Qui è dove il Gemelli Planet Imager (GPI) entra nella storia. Il GPI è un sistema ottico estremamente avanzato del Gemini South Telescope in Cile. Esegue sia funzioni spettroscopiche che polarimetrica osservazioni. La sua specialità è il rilevamento di giganti gassosi che sono relativamente vicini alle loro stelle, qualcosa che altri strumenti possono fare fatica a fare. È anche eccellente nello studio dei dischi di materiale come quello intorno alla stella binaria HD 106906.

Un'immagine Gemini Planet Imager del disco di polvere che circonda HD 106906. Credito immagine: GPI/Kalas et al, 2015.
Un’immagine Gemini Planet Imager del disco di polvere che circonda HD 106906. Credito immagine: GPI/Kalas et al, 2015.

“Poi, in un documento di ricerca che ho condotto nel 2015, abbiamo usato uno strumento avanzato a terra chiamato Gemini Planet Imager per visualizzare direttamente il disco di polvere che circonda il binario”, ha detto Kalas. “Guardando all’archivio dati di Hubble, ho scoperto che il disco era stato rilevato 11 anni prima. Era veramente un sistema planetario distorto piuttosto che un artefatto di rumore”.

Poi, durante il 2017 e il 2018, gli astronomi hanno girato di nuovo l’Hubble verso il sistema HD 106906, nel tentativo di visualizzare il sistema e il suo disco in modo più dettagliato. “Sono stato l’investigatore principale dell’osservazione del 2017”, ha detto Kalas. “Nel nostro nuovo lavoro, abbiamo misurato per la prima volta il moto del pianeta rispetto alla sua stella ospite utilizzando i 14 anni di dati di Hubble a partire dal 2004 fino al 2018. Abbiamo scoperto che un anno per HD 106906 b equivale a circa 15.000 anni sulla Terra”.

Un'immagine Hubble 2017 del sistema HD 106906. HD 106906 b è etichettata come il cerchio giallo. Altre stelle sono della missione ESA Gaia Data Release 2 della missione Gaia, ognuna etichettata con gli ultimi quattro numeri del suo ID. Credito immagine: Nguyen et al, 2020.
Un’immagine Hubble 2017 del sistema HD 106906. HD 106906 b è etichettata come il cerchio giallo. Altre stelle sono della missione ESA Gaia Data Release 2 della missione Gaia, ognuna etichettata con gli ultimi quattro numeri del suo ID. Credito immagine: Nguyen et al, 2020.

Ed è qui che la storia coinvolge un altro osservatorio e i suoi dati: il La missione Gaia dell’ESA. Kalas spiega: “Il suo minuscolo movimento in 14 anni sarebbe stato impossibile da misurare se non fosse stato per i dati di un altro osservatorio spaziale chiamato Gaia che ci ha fornito posizioni precise per le stelle di sfondo, fornendo così una griglia di riferimento molto fine con cui misurare i cambiamenti di posizione nel tempo”.

Gli astronomi pensano che l’orbita al rallentatore del pianeta sia dovuta alla sua distanza dalle stelle e alla debole forza di gravità che esse esercitano su di esso. L’orbita è anche inclinata e allungata, ed è ben al di fuori del disco polveroso che circonda le stelle. Anche la forma stessa del disco detritico è insolita, il che lo rende difficile da rilevare, e questo probabilmente a causa del rimorchio gravitazionale dal pianeta.

“Per evidenziare il motivo per cui questo è strano, possiamo semplicemente guardare il nostro sistema solare e vedere che tutti i pianeti giacciono all’incirca nello stesso piano”, ha spiegato l’autore principale Nguyen in un comunicato stampa. “Sarebbe bizzarro se, diciamo, Giove fosse inclinato di 30 gradi rispetto al piano in cui orbita ogni altro pianeta. Questo solleva ogni sorta di domanda su come l’HD 106906 b sia finito così lontano su un’orbita così inclinata”.

Cosa ha causato questo strano disco deformato? La ragione probabile è il pianeta stesso. Può essersi formato molto più vicino alle sue stelle di quanto non sia ora, e poi è migrato verso l’esterno. Poi è stato sottoposto a trascinamento dal disco di gas che circondava le stelle, che ha fatto decadere la sua orbita. Quindi, inizialmente, si sarebbe avvicinato alle stelle.

Ma le stelle gemelle possono avere forze gravitazionali complesse, e queste forze probabilmente hanno spinto il pianeta fuori dalla sua posizione accogliente. È stato quasi espulso dal sistema, condannato a vagare nello spazio interstellare come un pianeta canaglia. Invece, ha assunto un’orbita eccentrica. Tutta quell’attività probabilmente ha deformato il disco di polvere nella sua forma insolita.

Poi, pensano gli astronomi, una stella canaglia è passata. Quell’incontro ha stabilizzato l’orbita dell’HD 106906 b e il sistema è diventato quello che vediamo ora. La missione Gaia ha anche identificato le stelle candidate che avrebbero potuto essere responsabili, il che ha rafforzato questa spiegazione.

Ci sono paralleli tra l’HD 106906 b e l’ipotetico Pianeta Nove del nostro Sistema Solare. Nel caso del Pianeta Nove, potrebbe anche essersi formato vicino al Sole, ma poi è stato sfrattato dalle interazioni con Giove. Tale interazione probabilmente ha espulso il Pianeta Nove nelle regioni inferiori del Sistema Solare, ben oltre l’orbita di Plutone. Una stella di passaggio potrebbe aver svolto lo stesso ruolo che ha avuto nell’orbita dell’HD 106906 b stabilizzandola.

“È come se avessimo una macchina del tempo per il nostro Sistema Solare che risale a 4,6 miliardi di anni fa, per vedere cosa può essere successo quando il nostro giovane Sistema Solare era dinamicamente attivo e tutto veniva spostato e riordinato”, ha spiegato Kalas.

Ma rimane un fatto ostinato: non ci sono prove dirette per il Pianeta Nove. Ci sono solo prove indiziarie.

Ma molti sviluppi scientifici iniziano con poco altro. Nettuno è stato scoperto con la matematica, molto prima che ci fossero osservazioni dirette. E fu scoperto in parte a causa di irregolarità nell’orbita del suo vicino Urano. Quindi le irregolarità orbitali hanno portato alla scoperta di pianeti in precedenza.

Sei orbite originali e otto oggetti eTNO aggiuntivi con posizioni correnti vicino al loro perielio in viola, con ipotetica orbita del Pianeta Nove in verde. Image Credit: By Tomruen - Lavoro proprio, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=68955415
Sei orbite originali e otto oggetti eTNO aggiuntivi con posizioni correnti vicino al loro perielio in viola, con ipotetica orbita del Pianeta Nove in verde. Image Credit: By Tomruen – Lavoro proprio, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=68955415

Possiamo osservare il nostro Sistema Solare molto più facilmente di altri, e sappiamo che c’è un gruppo di corpi con insolite orbite a grappolo. Potrebbe esserci un Pianeta Nove responsabile per loro? Può darsi.

“Nonostante la mancanza di rilevamento del Pianeta Nove ad oggi, l’orbita del pianeta può essere dedotta in base al suo effetto sui vari oggetti del sistema solare esterno”, ha spiegato il membro del team Robert De Rosa dell’Osservatorio europeo del Sud di Santiago del Cile, che ha condotto l’analisi dello studio. “Questo suggerisce che se un pianeta fosse davvero responsabile di ciò che osserviamo nelle orbite di oggetti trans-nettunianidovrebbe avere un’orbita eccentrica inclinata rispetto al piano del Sistema Solare. Questa previsione dell’orbita del Pianeta Nove è simile a quella che stiamo vedendo con l’HD 106906b”.

L’ipotesi del Pianeta Nove è solo una possibile spiegazione. Alcuni astronomi pensano che la massa combinata degli eTNO potrebbe fornire la gravità necessaria per le loro orbite. Altri propongono che il Pianeta Nove potrebbe in realtà essere un buco nero primordiale piuttosto che un pianeta. Altri pensano che ci potrebbero essere distorsioni osservazionali all’opera qui, e l’ammasso orbitale degli eTNO è solo una parte del quadro.

Ma la scoperta dell’HD 106906 b sta certamente gettando nuova luce sull’ipotesi del Pianeta Nove. Ora sappiamo che un grande pianeta può finire in un’orbita estremamente ampia. Poi, forse possiamo rilevare il piccolo stormo di corpi di HD 106906 b, le cui orbite sono state modellate dalla sua presenza. Ma questo è probabilmente fuori dalla portata delle nostre osservazioni.

“Ci sono ancora molte domande aperte su questo sistema”.

Robert De Rosa, co-autore, ESO.

Meglio ancora, forse osserveremo davvero il Pianeta Nove. Ma per questo, forse dovremo aspettare un altro salto di qualità nell’osservazione.

Per quanto riguarda il sistema HD 106906, abbiamo potuto essere solo all’inizio dello studio, e ci sono molte domande senza risposta.

“Ci sono ancora molte domande aperte su questo sistema”, ha aggiunto De Rosa. “Per esempio, non sappiamo con certezza dove o come si è formato il pianeta. Anche se abbiamo effettuato la prima misurazione del moto orbitale, ci sono ancora grandi incertezze sui vari parametri orbitali. È probabile che sia gli osservatori che i teorici studieranno HD 106906 per anni a venire, svelando i molti misteri di questo notevole sistema planetario”.

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