I complicati processi coinvolti nel processo di formazione planetaria sono ancora oggetto di studio. Il modello più accreditato per spiegare la formazione dei pianeti gassosi è il “core-accretion model“, che prevede prima la formazione di un nucleo roccioso di diverse masse terrestri tramite la coagulazione di planetesimali, seguita da una fase di accrescimento di gas dall’ambiente circostante appena il nucleo diventa sufficientemente massiccio. Questo e altri modelli proposti vengono testati sia attraverso lo sviluppo di modelli teorici, sia attraverso osservazioni mirate a verificare relazioni previste dai modello stessi. Ad esempio, un’importante conseguenza del core-accretion model è che la formazione di pianeti gassosi dovrebbe essere più comune attorno stelle ad alta metallicità, ossia con una maggiore abbondanza di elementi chimici più pesanti di idrogeno ed elio (chiamati “metalli” in astronomia), attorno alle quali la formazione di nuclei rocciosi massicci dovrebbe essere facilitata.

La maggiore frequenza di pianeti gassosi attorno stelle ad alta metallicità è al momento verificata per stelle di classe spettrale FG e K (ossia con temperature tra 7500 e 3700 gradi kelvin). Questa relazione pianeta-metallicità non è però ancora verificata attorno alle stelle di classe spettrale M, più piccole e fredde, nonostante le diverse campagne di ricerca e caratterizzazione di pianeti attorno a stelle di questa classe. Una delle difficoltà maggiori nel determinare se tale relazione possa essere estesa alle stelle M è dovuta alla presenza di bande molecolari larghe e profonde nei loro spettri ottici, che spesso coprono e si confondono con le righe necessarie per determinare la metallicità delle stelle. Inoltre le stelle M sono poco luminose, richiedendo spesso lunghi tempi di osservazione per ottenere spettri con un buon rapporto segnale/rumore.

Jesus Maldonado, ricercatore all’Osservatorio astronomico dell’Inaf di Palermo e primo autore dello studio pubblicato su A&A.

L’astronomo Jesus Maldonado dell’Inaf di Palermo ha guidato uno studio mirato a determinare la relazione tra la presenza di pianeti (sia gassosi che rocciosi) da una parte e, dall’altra, la metallicità e la massa di 204 stelle di classe spettrale M, osservate con i due spettrografi “gemelli” Harps(dell’Eso, nell’emisfero sud) e Harps-N (nell’emisfero nord, alle Canarie, al Telescopio nazionale Galileo, dell’Inaf) durante campagne osservative mirate alla ricerca di pianeti con la tecnica delle velocità radiali. In questo studio, la metallicità delle stelle è determinata con una tecnica statistica innovativa basata su metodi bayesiani di analisi di righe spettrali e rapporti di intensità di righe. Questa analisi ha permesso di verificare che le relazioni tra la presenza di pianeti e metallicità valide per le stelle di classe spettrale FGK possono essere estese anche per le stelle M: anche queste stelle, infatti, mostrano una crescente probabilità di ospitare pianeti gassosi all’aumentare della metallicità, mentre nessuna relazione è osservata per pianeti terrestri. Gli autori dello studio hanno anche osservato una correlazione tra la presenza di pianeti gassosi e la massa della stella, anch’essa valida per le classi spettrali FGK.

«I sistemi planetari si trovano intorno a un’ampia varietà di ospiti stellari, da nane brune e stelle di piccola massa a giganti rosse, pulsar e probabilmente nane bianche. Tuttavia, le nostre attuali conoscenze sulla formazione dei pianeti è ancora basata sull’analisi delle stelle di tipo solare. In particolare, per le stelle di piccola massa (nane M) non ci sono ancora degli studi chimici dettagliati. In questo lavoro sviluppiamo tecniche innovative per misurare le abbondanze chimiche di queste tipo di stelle. Il nostro scopo è quello di studiare le correlazioni tra la metallicità, le abbondanze chimiche, la massa della stella e la presenza di diversi tipi di pianeti», dice a Media Inaf Maldonado. «Troviamo che le nane M che ospitano pianeti gassosi mostrano una correlazione tra la metallicità del pianeta e una correlazione con la massa stellare. Le nane M che ospitano pianeti di piccola massa non sembrano seguire queste correlazione. Mostriamo, per la prima volta che non ci sono differenze nella distribuzione dell’abbondanza di elementi diversi dal ferro tra nane M con e senza pianeti conosciuti. Questi risultati possono essere spiegate con modelli di formazione di pianeti via core-accretion».

Fonte: Media INAF

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