Gli esopianeti, o pianeti extrasolari, sono corpi celesti che orbitano attorno a stelle diverse dal Sole. La loro esistenza è stata confermata solo negli ultimi decenni, grazie ai progressi tecnologici che hanno permesso di osservarli e studiarli in dettaglio. Uno degli aspetti più intriganti di questi pianeti è la loro distribuzione dimensionale, che presenta una particolare carenza di esopianeti con dimensioni circa il doppio di quelle della Terra, noto come “valle del raggio” o “gap”. Al contrario, si osserva una maggiore presenza di esopianeti più piccoli e più grandi di questa dimensione.
La migrazione planetaria e il gap dimensionale
I pianeti nei sistemi planetari evoluti, come il Sistema Solare, seguono orbite stabili attorno alla loro stella centrale. Tuttavia, molte indicazioni suggeriscono che alcuni pianeti potrebbero allontanarsi dai loro luoghi di nascita durante la loro evoluzione iniziale, migrando verso l’interno o verso l’esterno del sistema planetario. Questa migrazione planetaria potrebbe anche spiegare l’osservazione che ha perplesso i ricercatori per diversi anni: il numero relativamente basso di esopianeti con dimensioni circa il doppio di quelle della Terra.
La perdita dell’atmosfera originale
Il meccanismo più comunemente suggerito per spiegare l’emergere di una valle del raggio è che i pianeti potrebbero perdere parte della loro atmosfera originale a causa dell’irraggiamento della stella centrale, in particolare gas volatili come idrogeno ed elio. Tuttavia, questa spiegazione trascura l’influenza della migrazione planetaria. È stato stabilito da circa 40 anni che, in determinate condizioni, i pianeti possono spostarsi verso l’interno e verso l’esterno dei sistemi planetari nel tempo. Quanto sia efficace questa migrazione e in che misura influenzi lo sviluppo dei sistemi planetari incide sulla sua contribuzione alla formazione della valle del raggio.
Le simulazioni forniscono una potenziale spiegazione
Le ultime simulazioni, che per la prima volta tengono conto delle proprietà realistiche dell’acqua, indicano che i pianeti ghiacciati che migrano verso l’interno dei sistemi planetari formano spesse atmosfere di vapore acqueo. Ciò li fa apparire più grandi di quanto sarebbero nel loro luogo di origine. Questi producono il picco attorno a 2,4 raggi terrestri. Allo stesso tempo, i pianeti rocciosi più piccoli perdono parte del loro involucro gassoso originale nel tempo, causando la riduzione del loro raggio misurato e contribuendo così all’accumulo attorno a 1,4 raggi terrestri.
Esopianeti sub-Nettuniani enigmatici
Due diversi tipi di esopianeti abitano l’intervallo di dimensioni che circonda il gap. Da un lato, ci sono pianeti rocciosi, che possono essere più massicci della Terra e sono quindi chiamati super-Terre. Dall’altro, gli astronomi stanno scoprendo sempre più cosiddetti sub-Nettuniani (anche mini-Nettuniani) nei sistemi planetari lontani, che sono, in media, leggermente più grandi delle super-Terre.
Pianeti di ghiaccio erranti
Sulla base di simulazioni già pubblicate nel 2020, gli ultimi risultati indicano e confermano che invece l’evoluzione dei sub-Nettuniani dopo la loro nascita contribuisce in modo significativo alla valle del raggio osservata. Nelle regioni ghiacciate dei loro luoghi di nascita, dove i pianeti ricevono poca radiazione riscaldante dalla stella, i sub-Nettuniani dovrebbero effettivamente avere dimensioni mancanti dalla distribuzione osservata. Man mano che questi pianeti presumibilmente ghiacciati migrano più vicino alla stella, il ghiaccio si scongela, formando infine una spessa atmosfera di vapore acqueo.
Modelli fisici di computer che simulano sistemi planetari
I risultati più recenti derivano da calcoli di modelli fisici che tracciano la formazione dei pianeti e l’evoluzione successiva. Essi comprendono processi nei dischi di gas e polvere che circondano le giovani stelle e che danno origine a nuovi pianeti. Questi modelli includono l’emergere di atmosfere, la miscelazione di diversi gas e la migrazione radiale.
Le proprietà dell’acqua nei modelli
Centrale per questo studio sono state le proprietà dell’acqua a pressioni e temperature che si verificano all’interno dei pianeti e delle loro atmosfere. Comprendere come l’acqua si comporta in un’ampia gamma di pressioni e temperature è fondamentale per le simulazioni. Questa conoscenza è stata di qualità sufficiente solo negli ultimi anni. È questo componente che consente il calcolo realistico del comportamento dei sub-Nettuniani, spiegando quindi la manifestazione di atmosfere estese in regioni più calde.
