Lo studio delle architetture dei sistemi esoplanetari, e in particolare dell’angolo spin-orbita (ossia l’inclinazione dell’orbita dei pianeti rispetto all’asse di rotazione della stella) può svelare importanti dettagli sull’evoluzione dinamica di un sistema planetario. In particolare, frequentemente i pianeti giovani possono migrare radialmente, cambiando la propria distanza dalla stella e interagendo con gli altri corpi del sistema planetario. Questo processo può anche influenzare l’inclinazione dell’angolo spin-orbita. Questo può avvenire sia se il disco di gas e polveri da cui i pianeti stessi si stanno formando – il disco protoplanetario – è deformato o inclinato, che come conseguenza dell’interazione gravitazionale tra il sistema esoplanetario e stelle vicine o tra i pianeti stessi durante i processi di migrazione.

Uno strumento efficace per derivare l’inclinazione dell’orbita di esopianeti transitanti (ossia pianeti che transitano davanti alla propria stella rispetto alla nostra linea di vista durante la loro orbita) è lo studio dell’effetto Rossiter-McLaughlin. Quando un pianeta occulta la propria stella, che nel frattempo sta ruotando attorno al proprio asse, le righe in assorbimento osservabili nello spettro della stella presentano un profilo deformato proprio in funzione dell’inclinazione tra l’orbita del pianeta e l’asse di rotazione della stella. Lo studio di questo effetto, quindi, permette di comprendere la geometria di un sistema planetario con pianeti transitanti.

La figura mostra la soluzione orbitale per il sistema Hd 3167. Le freccie nere indicano l’asse di rotazione della stella, la cui superficie è colorata indicando il segnale di velocità radiale dovuto alla rotazione (blu in rotazione verso l’osservatore, rosso in rotazione nella direzione opposta). L’equatore della stella è indicato con una linea nera. Le possibili orbite di Hd 3167b e Hd 3167c sono indicate con linee verdi e marroni, rispettivamente. Crediti: V. Bourrier et al. A&A, 2021

Un team di ricercatori guidato da Vincent Bourrier (Observatoire Astronomique de l’Université de Genève, Svizzera), del quale fanno parte anche astronomi dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf), ha ora presentato un nuovo approccio per studiare l’effetto Rossiter-McLaughlin in sistemi con più pianeti. Questo metodo consiste nell’analizzare contemporaneamente i profili delle righe osservate dalle regioni della fotosfera stellare occultate da tutti gli esopianeti transitanti del sistema, possibilmente combinando osservazioni dei vari transiti ottenuti con strumenti diversi. Allo scopo di testarne la validità, i ricercatori hanno applicato il metodo all’analisi di osservazioni del sistema Hd 3167, situato a circa 155 anni luce di distanza dalla Terra, che ospita ben tre pianeti: Hd 3167b è una super-Terra di circa 5 masse terrestri, con un periodo orbitale di appena 0.96 giorni; Hd 3167c è un mini-Nettuno di 9.8 masse terrestri, con un periodo orbitale di circa 30 giorni; Hd 3167d ha una massa di circa 7 masse terrestri e non è un pianeta transitante. Le osservazioni sono state ottenute con lo spettrografo Espresso per Hd 3167b, strumento montato al Very Large Telescope dello European Southern Observatory e realizzato anche grazie ad una grande partecipazione della comunità scientifica italiana, e con Harps-N al Tng (il Telescopio nazionale Galileo dell’Inaf) per Hd 3167c.

Lo studio ha rivelato un’architettura di questo sistema esoplanetario alquanto complessa: Hd 3167b ha infatti un’orbita equatoriale, mentre Hd 3167c si trova su un’orbita praticamente polare, inclinata rispetto la prima di circa novanta gradi. Questa complessa geometria, osservata per la prima volta in un sistema esoplanetario, è conseguenza di una diversa evoluzione dinamica dei due pianeti, con Hd 3167b che conserva l’orbita primordiale del disco protoplanetario da cui si è formato, avendo subito poche interazioni durante la sua evoluzione, mentre l’orbita di Hd 3167c è stata perturbata da interazioni gravitazionali.

«L’architettura del sistema planetario di Hd 3167 testimonia una complicata evoluzione del sistema», spiega a Media Inaf una delle autrici dello studio pubblicato su Astronomy & Astrophysics che descrive la scoperta, Giusi Micela dell’Inaf di Palermo. «L’esistenza contemporanea di pianeti con orbite allineate e non allineate è un caso unico tra gli esopianeti noti e probabilmente una combinazione rara che suggerisce una storia dinamica complessa, probabilmente dovuta all’interazione con un altra stella. L’uso combinato di Harps-N per il mini-Nettuno ed Espresso per la super-Terra, al limite della strumentazione disponibile oggi, si è dimostrato una strategia efficace per lo studio di un sistema così complesso».

Fonte: Media Inaf

Per saperne di più:

  • Leggi Astronomy & Astrophysics l’articolo “The Rossiter-McLaughlin effect Revolutions: An ultra-short period planet and a warm mini-Neptune on perpendicular orbits”, di V. Bourrier, C. Lovis, M. Cretignier, R. Allart, X. Dumusque, J.-B. Delisle, A. Deline, S. G. Sousa, V. Adibekyan, Y. Alibert, S. C. C. Barros, F. Borsa, S. Cristiani, O. Demangeon, D. Ehrenreich, P. Figueira, J.I. González Hernández, M. Lendl, J. Lillo-Box, G. Lo Curto, P. Di Marcantonio, C.J.A.P. Martins, D. Mégevand, A. Mehner, G. Micela, P. Molaro, M. Oshagh, E. Palle, F. Pepe, E. Poretti, R. Rebolo, N. C. Santos, G. Scandariato, J. V. Seidel, A. Sozzetti, A. Suárez Mascareño e M. R Zapatero Osorio