Sistemi Binari: nuovo modello per la formazione dei pianeti

Un nuovo modello matematico sperimentale fornisce una nuova spiegazione più realistica dell'accrescimento planetario nei sistemi binari
Il Sistema Binario BHB2007 con i duei dischi di accrescimento. Credits: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) Alves et al.

Gli astronomi hanno sviluppato un nuovo modello matematico più realistico, che spiega come si formano i pianeti prendendo in esame i bizzari sistemi binari. I ricercatori, dell’Università di Cambridge e del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, hanno teorizzato per la prima volta come gli esopianeti nei sistemi binari, individuati dal telescopio spaziale Kepler della NASA, siano nati senza essere distrutti nelle fasi inziali di formazione del sistema.

Per definizione, i Sistemi Binari sono formato da due oggetti, di solito stelle ma anche pianeti, galassie e asteroidi, così vicini da essere legati dalla reciproca attrazione gravitazionale orbitando intorno ad un unico centro di massa. Il risultato è una spettacolare danza cosmica in cui nessuna delle due stelle (se di massa simile) prevarica sull’altra. “Abbiamo preso in esame un sistema dove l’equivalente del secondo Sole sarebbe dove si trova Urano, il che avrebbe reso il nostro sistema solare molto diverso“, hanno affermato i due autori Roman Rafikov del Dipartimento di Matematica Applicata e Fisica Teorica di Cambridge e Kedron Silsbee del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics.

La teoria dell’accrescimento del nucleo


La ricerca, pubblicata su Astronomy&Astrophysics, porta lo studio della formazione dei pianeti nei Sistemi Binari a un nuovo livello di realismo e spiega come si sono potuti formare molti dei pianeti che abbiamo fin ora individuato. La formazione di un pianeta inizia in un disco protoplanetario, composto principalmente da idrogeno, elio e minuscole particelle di ghiaccio e polvere, in orbita attorno a una giovane stella. 

Questa teoria, nota come accrescimento del nucleo, spiega che le particelle di polvere si attaccano l’una all’altra, formando infine corpi solidi sempre più grandi. Se il processo si interrompe rapidamente, il risultato può essere un pianeta roccioso simile alla Terra. Se il pianeta diventa più grande della Terra, allora la sua gravità è sufficiente per intrappolare una grande quantità di gas dal disco protoplanetario, portando alla formazione di un gigante gassoso come Giove.

Questa teoria vale per i sistemi planetari formati con una singola stella. La formazione dei pianeti nei sistemi binari è più complicata, perché le due stelle agiscono come un gigantesco “frullino” per le uova, eccitando dinamicamente il disco protoplanetario“, ha dichiarato Roman Rafikov. “In un sistema con una singola stella, le particelle nel disco si muovono a basse velocità, quindi si aggregano facilmente durante gli impatti. Al contrario nei sistemi binari a causa dell’effetto “frullino”, le particelle si scontrano a velocità molto più elevate distruggendosi a vicenda” ha detto Kedron Silsbee.

Come nascono i pianeti nei Sistemi Binari?


Molti esopianeti sono stati individuati in un Sistema Binario, ma come si formano? Per rispondere alla domanda gli autori hanno sviluppato un modello matematico dettagliato della crescita planetaria. Nelle simulazioni hanno utilizzato input fisici realistici e tenuto conto di processi spesso trascurati. Uno di questi è l’effetto gravitazionale del disco di gas, sul movimento dei planetesimi, i mattoncini planetari che orbitano attorno a una giovane stella.

È noto che il disco influenza direttamente i planetesimi attraverso la resistenza del gas, agendo come una sorta di vento“, ha confermato Kedron Silsbee. “Alcuni anni fa, ci siamo resi conto che oltre al trascinamento del gas, la gravità del disco stesso altera drasticamente il movimento dei planetesimi. In alcuni questo consente la formazione di pianeti nonostante le perturbazioni gravitazionali delle due stelle. Il modello che abbiamo costruito riunisce tutti i lavori sin qui sviluppati, per testare le teorie sulla formazione dei pianeti“, ha ribadito Roman Rafikov.


Il modello spiega come i pianeti possono formarsi in sistemi binari come Alpha Centauri, il sistema stellare più vicino alla Terra. Le condizioni necessarie sono due. I planetesimi devono partire da una dimensione non inferiore ai 10 chilometri e il disco protoplanetario deve essere quasi circolare. Quando queste condizioni sono soddisfatte, i planetesimi in alcune regioni del disco, si muovono abbastanza lentamente. La ridotta velocità favorisce l’aggregazione e l’accrescimento del pianeta.

I risultati mostrano un meccanismo, chiamato instabilità del flusso, come parte integrante del processo di formazione di un pianeta. Il nuovo modello sarà utile per le future teorie sulla formazione dei pianeti e per le simulazioni idrodinamiche dei dischi protoplanetari nei sistemi binari. 

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