Grazie al programma osservativo GAPS dell’INAF è stato scoperto il primo sistema planetario multiplo in un ammasso stellare aperto. Dopo il già noto Pr0211b, orbitante molto vicino alla stella madre, ora si è rilevato, su un’orbita molto più esterna, anche Pr0211c, otto volte più massiccio di Giove e con un periodo orbitale di almeno nove anni.

Finora, sono stati i pianeti extrasolari osservati attorno alle stelle di campo a far parlare di sé.

Negli oltre 2.000 pianeti confermati in 1.300 sistemi planetari, solo una manciata sono i pianeti scoperti in orbita attorno a stelle appartenenti ad ammassi aperti.

All’università di Padova sono in corso da tempo studi importanti per comprendere le proprietà di questi ultimi pianeti rispetto a quelli orbitanti attorno alle stelle di campo. Le caratteristiche delle stelle appartenenti ad ammassi, nate assieme dalla stessa nube molecolare (quindi con la stessa età e composizione chimica), rendono più facile stimarne la massa, il raggio e gli altri parametri fisici. Ciò si riflette in una più precisa determinazione dei parametri dei loro pianeti. Per questo motivo, un tale ambiente rappresenta un “laboratorio” ideale dove studiare la relazione tra proprietà fisiche dei pianeti e delle loro stelle ospiti e per comprendere l'evoluzione stessa dei sistemi planetari.

Questo ha spinto un gruppo di astronomi del programma GAPS-Global Architecture of Planetary Systems a iniziare una campagna osservativa di alcune decine di stelle appartenenti agli ammassi M44 (Presepe), Iadi e NGC752. Del gruppo fa parte il primo autore di questa nuova ricerca, Luca Malavolta dell'università di Padova, associato INAF, e parte anche del team di ETAearth,  progetto di collaborazione Europeo (7° Programma Quadro) per la caratterizzazione di  sistemi planetari di tipo terrestre.

Con lo spettrometro HARPS-N al Telescopio Nazionale Galileo (TNG, Isole Canarie), altrimenti noto come “il cacciatore di pianeti” per la precisione delle sue misure, e con i dati raccolti da un altro spettrometro, lo statunitense TRES, il team è stato in grado di scoprire il primo sistema planetario multiplo in un ammasso aperto.

Si tratta di Pr0211 in M44, o Ammasso del Presepe (detto anche Alveare) nella costellazione del Cancro, a circa 600 anni luce da noi. Il nuovo pianeta scoperto è di circa 8 masse gioviane con un periodo di almeno 9 anni; l’altro membro del sistema planetario osservato, già noto dal 2012, è di circa 2 masse gioviane con un periodo di rivoluzione di poco più di 2 giorni.

Se torniamo indietro di poco più di 400 anni, l’ammasso del Presepe fu il primo oggetto stellare che Galileo Galilei osservò col suo cannocchiale. Luoghi di formazione stellare, gli ammassi aperti sono composti da stelle giovani e l’ammasso del Presepe ha un’età stimata tra i 600 e gli 800 milioni di anni.

Una rappresentazione artistica del pianeta più interno Pr0211b, uno hot Jupiter con un periodo orbitale di 2 giorni. Nell’immagine l’artista ha rappresentato un possibile sfondo stellare estremamente denso tipico di un ammasso aperto. Il pianeta scoperto Pr0211c non è rappresentabile in scala perché, avendo esso un periodo di almeno 9 anni, sarebbe necessario disegnarlo a diversi metri di distanza dal primo. Crediti: NASA/JPL-Caltech

Il sistema osservato, Pr0211, ha una configurazione che solleva diverse questioni ancora aperte: come mai si osservano così frequentemente gli hot Jupiter, cioè pianeti massicci orbitanti molto vicini alla loro stella, e perché il compagno esterno ha un’orbita così eccentrica?

Una delle teorie, detta di planet scattering, prevede che questi pianeti si formino a grande distanza dalla loro stella e che si spostino su orbite più interne a causa d’interazioni gravitazionali con altri pianeti nel sistema. A seguito delle interazioni dinamiche i loro eventuali compagni dovrebbero disporsi su orbite a lungo periodo e molto eccentriche, come nel caso del neo-scoperto Pr0211c.

Una teoria alternativa di formazione prevede che i pianeti giganti migrino verso la stella madre mentre sono ancora immersi nel disco proto-planetario, che però avrebbe anche l’effetto di smorzare le interazioni tra pianeti disponendoli quindi su orbite circolari.

La scoperta di Pr0211c è la pistola fumante che il sistema abbia subito una fase di planet scattering, insieme a una ristretta schiera di altri pianeti con caratteristiche simili.

“Un altro punto ancora dibattuto nella comunità scientifica”, spiega Luca Malavolta, “è se queste interazioni tra pianeti siano frutto d’instabilità primordiale del sistema, o se siano invece conseguenza dell’incontro ravvicinato del sistema planetario con un’altra stella. In un ammasso le stelle sono molto più vicine tra di loro e gli incontri stellari sono molto più frequenti che per stelle di campo. Se quindi fosse vera la seconda ipotesi dovremmo osservare molti più sistemi come Pr0211 negli ammassi che in stelle di campo. Riuscire a chiarire questo punto sarebbe un bel traguardo per la scienza della formazione planetaria e per questo sono necessarie ancora molte osservazioni ma la strada intrapresa da GAPS sta, come in questo caso, già portando i suoi frutti”.

“Sulla base dei dati raccolti, si può affermare che tra i due pianeti gioviani non ci sono ulteriori pianeti.” Conclude Giampaolo Piotto, astronomo dell’università di Padova e coautore di questo lavoro. “Tra gli obiettivi futuri ci sono anche la ricerca e lo studio, negli ammassi aperti, di pianeti di massa più piccola per capire quanto tali sistemi planetari siano differenti dai pianeti attorno a stelle di campo”.