Prima misurazione dell’allineamento della rotazione orbitale sul pianeta Beta Pictoris b


Le nuove osservazioni mostrano che l’equatore stellare (a destra) è allineato con il piano orbitale del pianeta Beta Pictoris b (al centro) e con il piano del disco esteso di materiale detritico che circonda il sistema (a sinistra).

Gli astronomi hanno effettuato la prima misurazione dell’allineamento della rotazione orbitale per un lontano pianeta “super-gioviano”, dimostrando una tecnica che potrebbe consentire di fare passi avanti nella ricerca per capire come si formano e si evolvono i sistemi esoplanetari.


Un team internazionale di scienziati, guidato dal professor Stefan Kraus dell’Università di Exeter, ha effettuato le misurazioni per l’esopianeta Beta Pictoris b, situato a 63 anni luce dalla Terra.

Il pianeta, che si trova nella costellazione di Pictor, ha una massa di circa 11 volte quella di Giove e orbita attorno ad una giovane stella su un’orbita simile a quella di Saturno nel nostro sistema solare.

Lo studio, pubblicato oggi (29 giugno 2020) su Astrophysical Journal Letters, segna la prima volta che gli scienziati hanno misurato l’allineamento spin-orbita per un sistema planetario a immagine diretta.

Fondamentalmente, i risultati danno una nuova visione per migliorare la nostra comprensione della storia della formazione e dell’evoluzione del sistema planetario.

Il professor Kraus ha detto: “La misura in cui una stella e un’orbita planetaria sono allineate tra loro ci dice molto su come si è formato un pianeta e se più pianeti nel sistema hanno interagito dinamicamente dopo la loro formazione”.

Alcune delle prime teorie sul processo di formazione dei pianeti sono state proposte da importanti astronomi del XVIII secolo, Kant e Laplace. Essi notarono che le orbite dei pianeti del sistema solare sono allineate tra loro e con l’asse di rotazione del Sole, e conclusero che il sistema solare si è formato da un disco protoplanetario rotante e appiattito.

“È stata una grande sorpresa quando si è scoperto che più di un terzo di tutti gli esopianeti vicini orbitano intorno alla loro stella ospite su orbite disallineate rispetto all’equatore stellare”, ha detto il Prof. Kraus.

Per derivare l’asse di rotazione stellare di Beta Pictoris il team ha utilizzato l’esclusivo modo ad alta risoluzione angolare e spettrale ad alta risoluzione di VLTI/GRAVITY per misurare gli spostamenti nella posizione centroide nella linea di assorbimento dell’idrogeno Brackett-gamma su scale di microarcsecondi. Nella parte blu-spostato della linea di assorbimento, il centroide dell’emissione è spostato a Nord-Est, il che indica che l’emisfero sud-occidentale della stella si sta avvicinando all’osservatore.

“Alcuni esopianeti sono stati trovati persino in orbita nella direzione opposta a quella di rotazione della stella. Queste osservazioni sfidano la percezione della formazione dei pianeti come un processo ben ordinato che si svolge in un disco geometricamente sottile e co-planare”.

Per lo studio, i ricercatori hanno ideato un metodo innovativo che misura il minuscolo spostamento spaziale di meno di un miliardesimo di grado causato dalla rotazione di Beta Pictoris.

Il team ha utilizzato lo strumento GRAVITY del VLTI, che combina la luce dei telescopi separati a 140 metri di distanza, per effettuare le misurazioni. Hanno scoperto che l’asse di rotazione stellare è allineato con gli assi orbitali del pianeta Beta Pictoris b e il suo disco detriti esteso.

“L’assorbimento di gas nell’atmosfera stellare provoca un minuscolo spostamento spaziale in linee spettrali che possono essere utilizzate per determinare l’orientamento dell’asse di rotazione stellare”, ha detto il Dr. Jean-Baptiste LeBouquin, un astronomo dell’Università di Grenoble in Francia e membro del team.

“La sfida è che questo spostamento spaziale è estremamente piccolo: circa 1/100 del diametro apparente della stella, o l’equivalente della dimensione di un passo umano sulla luna visto dalla Terra”.

I risultati mostrano che il sistema Beta Pictoris è ben allineato come il nostro sistema solare. Questa constatazione favorisce la dispersione dei pianeti come causa delle obliquità dell’orbita che si osservano nei sistemi più esotici con gioviani caldi.

Tuttavia, le osservazioni su un vasto campione di sistemi planetari saranno necessarie per rispondere a questa domanda in modo definitivo. Il team propone un nuovo strumento interferometrico che permetterà di ottenere queste misure su molti altri sistemi planetari che stanno per essere scoperti.

“Uno strumento dedicato ad alta risoluzione spettrale alla VLTI potrebbe misurare l’allineamento della rotazione orbitale per centinaia di pianeti, compresi quelli su orbite di lungo periodo”, ha detto il Prof. Kraus, “Questo ci aiuterà a rispondere alla domanda su quali processi dinamici modellano l’architettura dei sistemi planetari”.

Fonte