Quei caotici Gioviani caldi

[Red Hanuman]

Quei caotici Gioviani caldi
Potrebbero essere complesse interazioni gravitazionali a determinare la migrazione dei pianeti di grande taglia nei sistemi stellari binari, facendoli diventare così 'Gioviani caldi' e inducendo variazioni nell'orientazione dell'asse di rotazione delle loro stelle madri
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Crediti: Haven Giguere, Nikku Madhusudhan


In neanche venti anni dalla prima scoperta di un esopianeta attorno a una stella simile al Sole, abbiamo scoperto una selva di corpi celesti tra i più disparati. Tra questi, una intera classe di pianeti massicci ma assai vicini alle loro stelle madri. Gli astronomi li hanno ribattezzati ‘Gioviani caldi’ (Hot Jupiter) proprio perché la loro stazza è comparabile, se non maggiore, a quella del gigante del nostro Sistema solare e perché le loro orbite sono molto strette: tipicamente il loro raggio è compreso tra metà e un decimo di quella della Terra attorno al Sole (dunque tra 0,5 e 0,1 Unità Astronomiche, ovvero tra circa 75 e 15 milioni di chilometri). Per questa vicinanza alle stelle madri la loro temperatura superficiale deve essere quindi molto elevata.


In più, recenti osservazioni delle proprietà dinamiche di alcuni sistemi planetari che ospitano gioviani caldi hanno rivelato una ulteriore peculiarità. Nel Sistema solare, l’asse di rotazione del Sole è approssimativamente allineato con l’asse orbitale dei suoi pianeti (l’asse orbitale è per definizione perpendicolare al piano sul quale si trova l’orbita di un corpo celeste). Questo però non si riscontra per alcuni degli Hot Jupiter scoperti, che mostrano evidenti disallineamenti tra il loro asse orbitale e quello di rotazione della loro stella madre.


Uno studio pubblicato nell’ultimo numero della rivista Science indaga i motivi di questa peculiarità, provando a ricostruire il comportamento dinamico delle orbite di pianeti massicci attorno a sistemi stellari binari e la loro evoluzione nel tempo. «Anche se la massa di questi pianeti è appena un millesimo quella del Sole, le loro stelle madri sono comunque influenzate da questi corpi celesti e si comportano in una maniera bizzarra» dice Dong Lai, professore di astronomia alla Cornell University di New York, uno degli autori della ricerca guidata da Natalia Storch, sempre della Cornell.


I risultati delle simulazioni hanno evidenziato che, nei sistemi stellari binari, le orbite dei pianeti gioviani caldi possono essere perturbate dall’influenza gravitazionale della stella compagna di quella attorno alla quale si trovano. Queste perturbazioni potrebbero essere responsabili dell’avvicinamento anomalo dei pianeti giganti alla loro stella madre e del disallineamento tra i loro assi di rotazione e dell’orbita. In più, le simulazioni mettono in evidenza che, una volta raggiunta la loro orbita finale, la forza di attrazione gravitazionale esercitata da questi corpi celesti induce un cambiamento dell’orientazione dell’asse di rotazione della loro stella (effetto di precessione). «Questi cambiamenti avvengono in modi assai complessi o addirittura caotici », aggiunge Lai. «I nostri risultati forniscono una possibile spiegazione per ai disallineamenti spin-orbita osservati, e saranno utili per comprendere l’origine di questi enigmatici pianeti».

Articolo originale QUI (http://www.media.inaf.it/2014/09/12/quei-caotici-gioviani-caldi/).

[Enrico Corsaro]

Il lavoro discusso nell'articolo riguarda l'interpretazione teorica di questo fenomeno ma l'articolo originale di Science sul lavoro che ha portato a questa scoperta è questo QUI (http://arxiv.org/abs/1310.4503) (Huber et al. 2013) ed è di un mio collega, relativo al sistema extrasolare Kepler-56 osservato con il satellite NASA Kepler. Un altro lavoro analogo, anche se più complesso e accurato, è stato realizzato da un altro mio collega sui sistemi extrasolari HAT-P-7 e Kepler-25 e lo potete trovare QUI (http://arxiv.org/pdf/1407.7332v1.pdf) (Benomar et al. 2014).

Premetto che non mi trovo in accordo con l'autore dell'articolo sulla traduzione in italiano di termini coniati in inglese, come appunto hot Jupiters, perchè non rendono ugualmente l'idea...ma questo è un mio parere personale ;) (e forse non solo mio).

Per ottenere informazioni sulle obliquità degli assi di rotazione stellari si è fatto uso dell'asterosismologia, il mio campo di ricerca. L'asterosismologia è una branca della fisica stellare che studia letteralmente i "terremoti" che avvengono nelle stelle. Si tratta in realtà di oscillazioni che si propagano tra la loro superficie (fotosfera) e l'interno stellare (fino al nucleo) e che ci permettono di studiarne la loro struttura interna con un dettaglio senza precedenti. In maniera analoga si riesce a studiare la struttura interna della Terra dalle proprietà delle oscillazioni che si propagano tra due punti della superficie a seguito di un evento sismico.

Se siete curiosi e volete fare domande in merito sarò felice di rispondere...nei limiti delle mie competenze :biggrin:.

[Red Hanuman]

Concordo con te sulla traduzione, difatti ero indeciso tra tradurlo dall'originale o passare questo. Alla fine, é prevalsa la comodità... ;)

[Red Hanuman]

Già che ci siamo: come si rilevano le onde "astrosismiche" a queste distanze ? Variazioni nella luminosità, nelle righe spettrali o che?

[Enrico Corsaro]

Grazie per la domanda. Le oscillazioni stellari sono osservate con tre metodi diversi, che si distinguono fra loro anche per fondamentali proprietà che possono essere colte in fase di studio. Le oscillazioni di cui mi occupo io e che sono anche quelle studiate in questi sistemi sono oscillazioni ampiamente studiate nel nostro Sole e per questo prendono il nome di oscillazioni di tipo solare (solar-like). Il loro studio ha dato vita a metà dello scorso secolo all'Eliosismologia, che probabilmente alcuni di voi avranno già sentito nominare. L'eliosismologia ci ha permesso di studiare e ricostruire la struttura del nostro Sole al suo interno, la profondità della zona convettiva, la sua densità.

1) Il metodo più largamente diffuso è quello dello studio di variazioni di luminosità. Parliamo di variazioni molto piccole, dell'ordine di una parte su un milione di magnitudine (10^-6). Sono più semplici da realizzare perchè con l'uso di fotometri è possibile osservare una moltitudine di stelle alla volta e ovviamente sono oggetto di missioni spaziali (CoRoT, NASA Kepler, fra qualche anno NASA TESS e poi ESA PLATO), poichè è molto più semplice mandare in orbita un fotometro. Le variazioni in luminosità sono date dalla legge di Stefan-Boltzmann (http://it.wikipedia.org/wiki/Legge_di_Stefan-Boltzmann), che lega la temperatura ed il raggio alla luminosità. Infatti la stella contraendosi aumenta la sua temperatura, mentre dilatandosi la diminuisce.

2) Il secondo metodo è quello della spettroscopia tramite spostamenti Doppler della posizione delle righe spettrali della stella. Infatti le stelle contraendosi ed espandendosi in diversi punti della loro superficie, causano la luce che arriva a noi di subire spostamenti in lunghezza d'onda a seconda della direzione di movimento della sorgente rispetto alla nostra direzione d'osservazione. Questo metodo è più sensibile rispetto alle variazioni di luminosità per motivi che non specifico ora ma ha lo svantaggio di richiedere spettrografi, strumenti di scomposizione ottica molto costosi e delicati che attualmente non possiamo mandare in orbita, con conseguenti problemi dovuti all'osservazione da terra (blocco atmosferico, interruzione dovuto all'alternanza giorno-notte).

3) Il terzo metodo ma molto molto meno diffuso è sempre spettroscopico ma ricavato da una misura delle fluttuazioni in temperatura sempre dalle righe spettrali (tramite la loro larghezza equivalente). Questo perchè come detto per il primo metodo una contrazione della stella aumenta la sua temperatura, mentre una dilatazione la diminuisce. Tale metodo è comunque meno sensibile degli altri due ed è piuttosto laborioso, per cui poco conveniente.

Se avete altre domande chiedete pure.

[Red Hanuman]

Enrico C., riflettendoci su m'è venuta in mente una domanda: quanto influisce sulle misurazioni la granulazione dovuta alle celle convettive? :thinking:
In fondo, in misurazioni così sensibili dovrebbe avere un impatto... O no?:confused:

[Enrico Corsaro]

Bravo giusta osservazione. La granulazione è un effetto di norma misurabile ma non sempre in modo semplice. Si manifesta su scale temporali dell'ordine di qualche ora-giorno a seconda della stella in riferimento e generalmente non dà problemi nel caso di stelle di sequenza principale (come il nostro Sole), in cui i periodi delle oscillazioni sono dell'ordine dei minuti. Diventa più problematica per stelle più evolute come le giganti rosse, perchè le oscillazioni allungano i loro periodi man mano che la stella si evolve, avvicinandosi a quelli della granulazione. In ogni caso i due fenomeni sono ben distinti in termini di caratteristiche. Le oscillazioni di tipo solare sono perfettamente riconoscibili dalla loro tipica struttura regolare.

[Enrico Corsaro]

Aggiungo che per stelle più giovani, oltre alla granulazione si manifesta anche l'attività delle facole, anch'essa costituente un segnale aggiunto su quello delle oscillazioni che va quantificato e sottratto. Quando granulazione e attività delle facole sono entrambe presenti, le cose ovviamente si complicano ulteriormente, essendo il periodo caratteristico dell'attività delle facole intorno alla mezz'ora.