L'osservatorio ESA degli esopianeti, Cheops, rivela un sistema planetario unico

La scoperta di un numero sempre maggiore di sistemi planetari, nessuno come il nostro sistema solare, continua a migliorare la nostra comprensione di come i pianeti si formano e di come evolvono. Un esempio lampante è il sistema planetario chiamato TOI-178, distante circa 200 anni luce nella costellazione dello Scultore.

Gli astronomi già si aspettavano che questa stella ospitasse due o più esopianeti dopo averla osservata con il satellite di rilevamento TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) della NASA. Nuove osservazioni altamente precise effettuate con Cheops, il satellite dell'ESA per la caratterizzazione degli esopianeti, lanciato nel 2019, ora mostrano che TOI-178 ospita almeno sei pianeti e che questo sistema solare alieno ha una disposizione davvero unica. Il gruppo di ricerca, guidato da Adrien Leleu dell'Università di Ginevra e dall'Universita di Berna in Svizzera, ha pubblicato oggi i loro risultati su Astronomy & Astrophysics.

Una delle speciali caratteristiche del sistema TOI-178 che gli scienziati sono riusciti a scoprire con Cheops, è che i pianeti – eccetto quello più vicino alla stella – seguono una danza ritmica mentre si muovono nelle loro orbite. Questo fenomeno viene chiamato risonanza orbitale, e significa che ci sono degli schemi che si ripetono mentre i pianeti girano intorno alla stella, con alcuni pianeti che si allineano ogni poche orbite.

Una risonanza simile si osserva nelle orbite di tre delle lune di Giove: Io, Europa e Ganimede. Per ciascuna orbita di Europa, Ganimede completa due orbite e Io ne completa quattro (questo è uno schema 4:2:1).

Nel sistema TOI-178, il moto di risonanza è molto più complesso dal momento che coinvolge cinque pianeti, seguendo uno schema 18:9:6:4:3. Mentre il secondo pianeta dalla stella (il primo nello schema) completa 18 orbite, il terzo pianeta dalla stella (secondo nello schema) completa nove orbite, e così via.

Inizialmente, gli scienziati avevano trovato solo quattro dei pianeti nella risonanza, ma seguendo lo schema gli scienziati hanno calcolato che doveva esserci un altro pianeta nel sistema (il quarto a seguire lo schema, il quinto dalla stella).

"Abbiamo previsto la sua traiettoria con molta precisione assumendo che fosse in risonanza con gli altri pianeti", spiega Adrien Leleu. Ulteriori osservazioni con Cheops hanno confermato che il pianeta mancante effettivamente esisteva nell'orbita prevista.

Dopo aver scoperto i rari accordi orbitali, gli scienziati erano curiosi di vedere se anche le densità (dimensione e massa) del pianeta seguissero uno schema metodico. Per indagare su questo, Adrien Leleu e la sua squadra hanno combinato dati ottenuti da Cheops con osservazioni effettuate con i telescopi terrestri dell'Osservatorio Europeo Australe (ESO, European Southern Observatory) presso l'Osservatorio Paranal in Cile.

Ma mentre i pianeti nel sistema TOI-178 orbitano intorno alla loro stella in maniera molto schematica, le loro densità non seguono alcuno schema particolare. Uno degli esopianeti, un denso, pianeta roccioso come la Terra, si trova proprio accanto a un pianeta di dimensioni simili ma molto soffice – come un mini-Giove, e vicino a quello ce ne è uno simile a Nettuno.

"Questo non è ciò che ci aspettavamo, ed è la prima volta che osserviamo una simile disposizione in un sistema planetario" commenta Adrien Leleu. "Nei pochi sistemi che conosciamo dove i pianeti orbitano in questo ritmo di risonanza, le densità dei pianeti diminuiscono gradualmente mentre ci si allontana dalla stella, e questo è anche ciò che ci aspettiamo dalla teoria".

Eventi catastrofici come enormi impatti potrebbero normalmente spiegare grandi variazioni delle densità del pianeta, ma il sistema TOI-178 non sarebbe così perfettamente in armonia se fosse stato questo il caso.

"Le orbite in questo sistema sono molto ben ordinate, cosa che ci suggerisce che si è evoluto molto dolcemente dalla sua nascita", spiega Yann Alibert, co-autore, Università di Berna.

Rivelare la complessa architettura del sistema TOI-178, che sfida le attuali teorie di formazione dei pianeti, è stato possibile grazie a quasi 12 giorni di osservazioni con Cheops (11 giorni di continue osservazioni più due osservazioni più brevi).

"Risolvere questo eccitante enigma ha richiesto un bel po' di sforzo nella pianificazione, in particolare nel programmare gli 11 giorni di osservazioni continue necessarie per afferrare le firme dei diversi pianeti", spiega Kate Isaak, scienziata di progetto di Cheops dell'ESA. "Questo studio mette molto bene in evidenza il potenziale futuro di Cheops – non solo per meglio caratterizzare i pianeti noti, ma per scovarne e confermarne di nuovi".

Adrien e il suo team desiderano continuare a utilizzare Cheops per studiare il sistema TOI ancora più in dettaglio.

"Potremmo scoprire altri pianeti che potrebbero essere nella zona abitabile – dove acqua liquida potrebbe essere presente sulla superficie di un pianeta – che comincia al di fuori delle orbite dei pianeti che abbiamo scoperto fino a oggi", commenta Adrien Leleu. "Vogliamo inoltre scoprire cosa è successo al pianeta più interno che non è in sintonia con gli altri. Sospettiamo che abbia rotto la risonanza a causa di forze mareali".

Gli astronomi useranno Cheops per osservare centinaia di esopianeti conosciuti che orbitano stelle luminose.

"Cheops non soltanto approfondirà la nostra conoscenza della formazione di esopianeti, ma anche quella del nostro stesso pianeta e del sistema solare", aggiunge Kate Isaak.

Nota per i redattori

'Six transiting planets and a chain of Laplace resonances inTOI-178' di A. Leleu e altri, è presente su Astronomy & Astrophysics. DOI: 10.1051/0004-6361/202039767

Maggiori informazioni su Cheops

Cheops è una missione ESA sviluppata in collaborazione con la Svizzera, con un consorzio dedicato guidato dall'Università di Berna, e con importanti contributi da parte di Austria, Belgio, Francia, Germania, Ungheria, Italia, Portogallo, Spagna, Svezia e Regno Unito.

ESA è l'architetto della missione Cheops, responsabile dell'approvvigionamento e collaudo del satellite, del lancio e della fase operativa iniziale, della messa in servizio in orbita, così come del Guest Observers' Programme, il programma grazie al quale scienziati di tutto il mondo possono richiedere di fare osservazioni con Cheops. Il consorzio di 11 Stati Membri dell'ESA guidato dalla Svizzera ha fornito gli elementi essenziali della missione. Il contraente principale per il progetto e la costruzione del satellite è Airbus Defence and Space di Madrid, Spagna.

Il consorzio della missione Cheops gestisce il Centro Operazioni di Missione che si trova presso INTA, a Torrejón de Ardoz, vicino Madrid, Spagna, e il Centro Operazioni Scientifiche, presso l'Università di Ginevra, Svizzera.

Per maggiori informazioni, visitare la pagina: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Cheops