Scoperta di un sistema di sei pianeti in risonanza armonica
Un team internazionale di astronomi, utilizzando i satelliti spaziali CHEOPS e TESS, ha scoperto un sistema di sei pianeti che orbitano attorno alla stella HD110067 in una risonanza armonica unica. Questo raro ritrovamento, che coinvolge una catena di risonanze 3:2 e 4:3, inizialmente si è presentato come un enigma difficile da decifrare, ma alla fine è stato risolto, rivelando i precisi periodi orbitali dei pianeti.
Collaborazione e Metodologia
CHEOPS è una missione congiunta dell’ESA e della Svizzera, sotto la guida dell’Università di Berna in collaborazione con l’Università di Ginevra. Grazie alla collaborazione con scienziati che lavorano con i dati del satellite NASA TESS, il team internazionale è riuscito a scoprire il sistema planetario che orbita attorno alla vicina stella HD110067. Una caratteristica molto distintiva di questo sistema è la sua catena di risonanze: i pianeti orbitano attorno alla loro stella in perfetta armonia. Parte del team di ricerca sono ricercatori dell’Università di Berna e dell’Università di Ginevra che sono anche membri del Centro Nazionale di Competenza in Ricerca (NCCR) PlanetS. I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Nature.
I pianeti nel sistema HD110067 ruotano attorno alla stella in una danza molto precisa. Quando il pianeta più vicino alla stella compie tre rivoluzioni complete attorno ad essa, il secondo ne compie esattamente due nello stesso tempo. Questo è chiamato risonanza 3:2.
Un Puzzle Apparentemente Irrisolubile
Sebbene più pianeti siano stati inizialmente rilevati grazie ai loro transiti, la disposizione esatta dei pianeti non era chiara all’inizio. Tuttavia, la precisa danza gravitazionale ha permesso al team di scienziati di risolvere il puzzle di HD110067. Il Prof. Adrien Leleu dell’Università di Ginevra, incaricato di analizzare le risonanze orbitali e coautore dello studio, spiega: “Un transito si verifica quando un pianeta, dal nostro punto di vista, passa davanti alla sua stella ospite, bloccando una minima frazione della luce stellare, creando un’apparente diminuzione della sua luminosità.”
Dalle prime osservazioni effettuate dal satellite TESS della NASA, è stato possibile determinare che i due pianeti interni chiamati ‘b’ e ’c’ hanno periodi orbitali di 9 e 14 giorni rispettivamente. Tuttavia, non si potevano trarre conclusioni per gli altri quattro pianeti rilevati poiché due di essi sono stati visti transitare una volta nel 2020 e una volta nel 2022 con un ampio intervallo di 2 anni nei dati, e gli altri due hanno transitato solo una volta nel 2022.
La soluzione al puzzle per quei quattro pianeti aggiuntivi ha finalmente iniziato a emergere grazie alle osservazioni con il telescopio spaziale CHEOPS. Mentre TESS mira a scandire tutto il cielo pezzo per pezzo per trovare esopianeti a breve periodo, CHEOPS è una missione mirata, che si concentra su una singola stella alla volta con precisione squisita. “Le nostre osservazioni CHEOPS ci hanno permesso di scoprire che il periodo del pianeta ‘d’ è di 20,5 giorni. Inoltre, ha escluso molteplici possibilità per i restanti tre pianeti esterni, ‘e’, ‘f’ e ‘g’”, rivela Osborn.
Prevedere la Precisa Danza dei Pianeti
È stato allora che il team si è reso conto che i tre pianeti interni di HD110067 danzano in una precisa catena di risonanze 3:2, 3:2: quando il pianeta più interno compie nove giri attorno alla stella, il secondo ne compie sei e il terzo quattro.
Il team ha poi considerato la possibilità che anche gli altri tre pianeti potessero far parte della catena di risonanze. “Questo ha portato a dozzine di possibilità per il loro periodo orbitale”, spiega Leleu, “ma combinando i dati osservativi esistenti da TESS e CHEOPS, con il nostro modello delle interazioni gravitazionali tra i pianeti, siamo stati in grado di escludere tutte le soluzioni tranne una: la catena di risonanze 3:2, 3:2, 3:2, 4:3, 4:3.” Gli scienziati hanno quindi potuto prevedere che i tre pianeti esterni (‘e’, ‘f’ e ‘g’) hanno periodi orbitali di 31, 41 giorni e 55 giorni.
Questa previsione ha permesso di pianificare osservazioni con una varietà di telescopi terrestri. Ulteriori transiti del pianeta ‘f’ sono stati osservati, rivelando che si trovava esattamente dove la teoria lo aveva predetto sulla base della catena di risonanza. Infine, la riesamina dei dati di TESS ha rivelato due transiti nascosti, uno da ciascuno dei pianeti ’f’ e ‘g’, esattamente nei tempi previsti dalle previsioni, confermando i periodi dei sei pianeti. Ulteriori osservazioni CHEOPS di ciascun pianeta, e in particolare del pianeta ‘e’, sono previste nel prossimo futuro.
Un Sistema Chiave per il Futuro
Tra i pochi sistemi a catena di risonanza trovati finora, CHEOPS ha contribuito notevolmente alla comprensione non solo di HD110067, ma anche di TOI-178. Un altro esempio noto di sistema a catena di risonanza è il sistema TRAPPIST-1 che ospita sette pianeti rocciosi. Tuttavia, TRAPPIST-1 è una stella piccola e incredibilmente debole, il che rende qualsiasi osservazione aggiuntiva molto difficile. HD110067, d’altra parte, è più di 50 volte più luminosa di TRAPPIST-1.
“Il fatto che i pianeti nel sistema HD110067 siano stati rilevati con il metodo del transito è fondamentale. Mentre passano davanti alla stella, la luce filtra anche attraverso le atmosfere planetarie”, sottolinea Jo Ann Egger, dottoranda all’Università di Berna, che ha calcolato la composizione dei pianeti utilizzando i dati CHEOPS, e coautrice dello studio. Questa proprietà consente agli astronomi di determinare la composizione chimica e altre proprietà delle atmosfere. Poiché è richiesta molta luce, la luminosa stella HD110067 e i suoi pianeti in orbita sono un obiettivo ideale per ulteriori studi per caratterizzare le atmosfere planetarie.
“I pianeti sub-Nettuno del sistema HD110067 sembrano avere masse basse, suggerendo che potrebbero essere ricchi di gas o acqua. Osservazioni future, ad esempio con il Telescopio Spaziale James Webb (JWST), di queste atmosfere planetarie potrebbero determinare se i pianeti hanno strutture interne rocciose o ricche d’acqua”, conclude Egger.
