In una ricerca senza precedenti, un team di astronomi ha studiato e confrontato l’architettura di tutti i sistemi planetari conosciuti fino ad oggi.
Nel nostro sistema solare tutto sembra essere meticolosamente ben ordinato: i pianeti rocciosi più piccoli, come Venere, Terra o Marte, orbitano relativamente vicino alla nostra stella mentre i grandi giganti gassosi e di ghiaccio, come Giove, Saturno o Nettuno, si spostano molto più lontano, tracciando ampie orbite attorno al Sole. Ma ‘là fuori’ quell’architettura apparentemente immutabile non sembra essere la regola generale. Anzi. Al momento in cui scriviamo, il contatore Web Exoplanets della NASA ha spuntato 3.921 diversi sistemi planetari finora identificati dagli astronomi. Nella maggior parte di essi le cose non funzionano come nel nostro Sistema Solare. In due studi apparsi su ‘Astronomy & Astrophysics’, infatti, i ricercatori delle Università di Berna e Ginevra e del National Center for Research Competence (NCCR) dimostrano che in un certo senso il nostro sistema planetario è unico, o almeno il più raro. “Più di un decennio fa – spiega Lokesh Mishra, autore principale dello studio – gli astronomi notarono, basandosi su osservazioni con l’allora innovativo telescopio Kepler, che i pianeti in altri sistemi generalmente assomigliano ai rispettivi vicini per dimensioni e massa. Un baccello. Ma per molto tempo non è stato chiaro se questo risultato fosse dovuto ai limiti dei metodi osservativi. Non è stato dunque possibile determinare se i pianeti in qualsiasi sistema fossero abbastanza simili da rientrare nel tipo “piselli in un baccello, o fossero piuttosto diversi, come nel caso del nostro Sistema Solare”. Per scoprirlo, Mishra ha sviluppato un quadro per determinare le differenze e le somiglianze tra i pianeti negli stessi sistemi. E così facendo ha scoperto che non ci sono due, ma quattro possibili architetture di sistemi planetari: simili, ordinate, antiordinate e miste. Secondo lo scienziato, i primi sono quelli in cui “le masse dei pianeti vicini sono simili tra loro”.
“I sistemi planetari ordinati sono quelli in cui la massa dei pianeti tende ad aumentare con la distanza dalla stella, come avviene nel nostro Sistema Solare”. Se, al contrario, la massa dei pianeti diminuisce approssimativamente con la distanza dalla stella, i ricercatori parlano di un’architettura antiordinata del sistema. Infine, ci sono architetture miste, quando le masse planetarie di un sistema variano molto da un pianeta all’altro. “Questo quadro – dice Yann Alibert, coautore dello studio – può essere applicato anche a qualsiasi altra misura planetaria, come raggio, densità o frazioni d’acqua. Ora, per la prima volta, abbiamo uno strumento per studiare i sistemi planetari nel loro insieme e confrontarli con altri sistemi“. La possibilità di stabilire confronti tra alcuni sistemi e altri, tuttavia, pone anche nuovi interrogativi. Qual è l’architettura più comune? Quali fattori controllano l’emergere di un particolare tipo di architettura? Ad alcuni di essi viene data risposta nello studio stesso. Nelle parole di Mishra, “I nostri risultati mostrano che i sistemi planetari ‘simili’ sono il tipo più comune di architettura. Circa otto sistemi planetari su dieci attorno alle stelle visibili nel cielo notturno hanno un’architettura “simile”. La sorpresa è arrivata con l’architettura “ordinata”, che include anche il nostro sistema solare, che sembra essere il tipo più raro. E cosa dipende dal fatto che la distribuzione dei pianeti in un sistema sia in un modo o nell’altro? Secondo Mishra, ci sono indizi che sia la massa del disco di gas e polvere da cui emergono i pianeti, sia l’abbondanza di elementi pesanti nella rispettiva stella giochino un ruolo nel determinare l’architettura di un sistema solare. “Da dischi e stelle abbastanza piccoli e di massa ridotta con pochi elementi pesanti, emergono sistemi planetari ‘simili’“, spiega Mishra. Dischi grandi e massicci con molti elementi pesanti nella stella danno origine a sistemi più ordinati e anti-ordinati. E i sistemi misti derivano da dischi di medie dimensioni. Anche le interazioni dinamiche tra i pianeti, come le collisioni o le espulsioni, influenzano l’architettura finale“. “Un aspetto notevole di questi risultati – conclude Alibert – è che collegano le condizioni iniziali della formazione planetaria e stellare ad una proprietà misurabile: l’architettura del sistema. Tra l’uno e l’altro mediano miliardi di anni di evoluzione. Per la prima volta, siamo riusciti a colmare questo enorme divario temporale ea fare previsioni verificabili. Sarà emozionante vedere se si realizzeranno”.
