I ricercatori dell’USP creano un metodo per rilevare le stelle che mangiano i pianeti
Una scoperta scientifica fatta da un team internazionale, guidato da ricercatori dell’Università di San Paolo (USP), ha rivelato un metodo senza precedenti per rilevare le stelle che hanno consumato i loro pianeti. Il processo innovativo si basa sull’identificazione dei cambiamenti nella quantità di berillio, un elemento chimico relativamente poco diffuso, promettendo un nuovo approccio alla comprensione di come si sviluppano i sistemi planetari.
Lo studio, recentemente pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics, ha studiato una coppia di stelle di tipo solare, designate come HD 129171 e HD 129209. Queste stelle, che hanno caratteristiche simili al nostro Sole in termini di attività fisica, chimica e magnetica, formano un sistema binario.
L’aspettativa iniziale era che le stelle binarie, nate dalla stessa nube molecolare nello stesso momento, avessero composizioni chimiche quasi identiche. Tuttavia, gli scienziati hanno osservato notevoli differenze tra i due.
Scoperta di un metodo innovativo per l’inseguimento delle stelle
La stella HD 129171 ha dimostrato un alto livello di elementi refrattari, quelli che normalmente si condensano allo stato solido e formano pianeti rocciosi. Anne Rathsam, dottoranda presso l’Istituto di Astronomia, Geofisica e Scienze Atmosferiche (IAG-USP) e autrice principale dell’articolo, ha affermato che questa scoperta indica fortemente l’ingestione di materiale planetario lungo la traiettoria evolutiva della stella.
Sebbene fosse già stata presa in considerazione la possibilità che alcune stelle incorporino pianeti o loro frammenti, il grande contributo di questo lavoro sta nel dimostrare, per la prima volta, che la variazione dell’abbondanza di berillio nelle stelle binarie può servire come indicatore fedele di questo fenomeno.
Il ruolo essenziale del berillio nell’identificazione degli eventi cosmici
Il berillio è noto per non essere prodotto nel nucleo stellare durante la vita di una stella. Pertanto, il suo rilevamento nella luce emessa da una stella funge da segnale di avvertimento, sottolineando che la stella ha assorbito materiale roccioso, come i resti di pianeti, molto tempo dopo la sua formazione iniziale.
I ricercatori chiariscono che litio, berillio e boro rappresentano una peculiarità nella composizione chimica dell’universo. Mentre altri elementi chimici derivano dalla nucleosintesi primordiale o stellare, il berillio e il boro vengono creati principalmente da un processo chiamato “spallazione cosmica”. In esso, le particelle ad alta energia disintegrano i nuclei più densi, come carbonio, azoto e ossigeno, generando elementi più leggeri.
Il litio, sebbene anch’esso provenga principalmente dalla spallazione – con una porzione minima dalla nucleosintesi primordiale e una produzione rara in specifici tipi di stelle – era precedentemente utilizzato come possibile indicatore di inghiottimento planetario. Rathsam, tuttavia, sottolinea che il berillio è più durevole, il che consente alla sua firma chimica di persistere per un periodo di tempo più lungo.
Osservazioni dettagliate rivelano l’ingestione di materia planetaria
Per svolgere la ricerca, il team ha utilizzato i dati dello spettrografo UVES, uno strumento installato sul Very Large Telescope (VLT) dell’Osservatorio Europeo Australe (ESO), situato in Cile. Questa apparecchiatura ad alta precisione è in grado di decomporre la luce stellare nelle sue varie lunghezze d’onda, consentendo l’identificazione di firme chimiche estremamente sottili.
I risultati delle osservazioni hanno mostrato che HD 129171 ha una quantità significativamente maggiore di elementi refrattari, come ferro, magnesio, silicio, calcio e titanio, rispetto alla sua compagna HD 129209. Inoltre, questa stella ha eccessi sia di litio che di berillio. Secondo gli scienziati, il modello osservato è coerente con l’assorbimento di materiale roccioso equivalente a più di 11 volte la massa della Terra.
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Rathsam spiegò che l’origine di questo materiale potrebbe provenire da un unico grande pianeta o dalla somma di diversi corpi più piccoli. Tuttavia, nelle stelle simili al Sole, il mescolamento interno è così efficiente che la firma chimica finale non ci consente di distinguere tra questi due scenari.
Dinamica violenta dei sistemi stellari e rarità della stabilità
Sebbene l’analisi chimica sia il principale contributo originale dello studio, con l’elezione del berillio come indicatore di inghiottimento planetario, gli autori hanno anche esplorato i meccanismi dinamici che possono portare i pianeti a essere assorbiti dalle loro stelle ospiti. Tali meccanismi includono le interazioni gravitazionali tra i pianeti, le perturbazioni causate dalle stelle compagne e i processi di migrazione orbitale. Questi fattori possono provocare orbite estremamente eccentriche e instabili, che portano all’espulsione dei pianeti, alla collisione tra loro o al loro eventuale assorbimento da parte della stella centrale.
Una conclusione cruciale della ricerca suggerisce la possibile scarsità di sistemi stabili, come il nostro Sistema Solare. Jorge Luis Melendez Moreno, professore dell’IAG-USP e consulente dello studio, nota che diverse prove indipendenti corroborano questa ipotesi. Le simulazioni al computer della formazione planetaria indicano che configurazioni simili al Sistema Solare – con giganti gassosi in orbite esterne quasi circolari e pianeti rocciosi in orbite interne stabili – non sono un risultato frequente. Inoltre, le indagini osservative di stelle simili al Sole hanno rivelato pochi analoghi di Giove in orbite paragonabili al nostro gigante gassoso.
Melendez sottolinea che, analizzando i dati provenienti da simulazioni dinamiche, osservazioni di esopianeti e studi chimici di stelle binarie, emerge uno scenario coerente, suggerendo che sistemi come quello solare potrebbero essere meno comuni di quanto precedentemente immaginato. Ciò implica che la stabilità orbitale, cruciale per la persistenza di ambienti abitabili per miliardi di anni, potrebbe rappresentare una rara eccezione, aumentando la comprensione delle condizioni necessarie per l’evoluzione della vita complessa nell’universo.
Implicazioni per la formazione stellare e la ricerca di vita complessa
Melendez aggiunge che i sistemi binari sono ampiamente presenti nella Via Lattea, con stime che indicano che circa la metà delle stelle nella galassia hanno una compagna gravitazionale. Poiché le due stelle di un sistema binario si formano simultaneamente e dalla stessa nube molecolare, le differenze chimiche osservate tra loro servono come una forte indicazione che processi successivi, come l’ingestione di pianeti, hanno alterato la loro composizione originale.
Rathsam sottolinea che mentre i pianeti nel nostro sistema hanno orbite relativamente stabili e a bassa eccentricità, la frequenza dell’inghiottimento planetario suggerisce che molti sistemi stellari attraversano fasi dinamiche turbolente. Tale instabilità, sottolinea, ha implicazioni dirette per l’esistenza della vita complessa. Affinché la vita non solo possa emergere ed evolversi nel corso di miliardi di anni, ma anche prosperare, un pianeta deve mantenere un’orbita sufficientemente stabile, protetta da significative perturbazioni gravitazionali.
Oltre a gettare nuova luce sull’evoluzione dei sistemi planetari, lo studio incide anche sulle teorie della formazione stellare e sulla tecnica nota come “chemical tagging”, utilizzata per ricostruire la storia della Via Lattea in base alla composizione chimica delle stelle.
Se le variazioni chimiche osservate nelle stelle binarie avessero origine da eterogeneità presenti nella nube primordiale che le ha generate, sarebbe necessaria una revisione degli attuali modelli di formazione stellare. I risultati raggiunti dal team, però, rafforzano l’ipotesi dell’ingestione planetaria.
Alla ricerca hanno partecipato scienziati dell’USP, dell’Accademia polacca delle Scienze, dell’Accademia cinese delle Scienze, della Monash University, in Australia, e degli osservatori astronomici italiani, con il sostegno finanziario di Fapesp attraverso un progetto tematico coordinato da Melendez.
