Il calore del sole rimescolava i pianeti del primo sistema solare

Nei primi anni del sistema solare, i pianeti giganti ancora in formazione si sono scansati, hanno fatto un do-si-do e poi hanno allontanato uno dei loro partner dalla presa gravitazionale del sole. Le cose si sistemarono e il nostro sistema planetario era nella sua configurazione finale.

Ciò che ha innescato quel rimescolamento planetario è sconosciuto. Ora, le simulazioni al computer suggeriscono che la radiazione calda del giovane sole che fa evaporare il suo disco di gas e polvere che forma pianeti ha portato alla confusione delle orbite dei pianeti giganti, riferiscono i ricercatori nel 28 aprile natura.

Di conseguenza, i quattro pianeti più grandi potrebbero essere stati nella loro configurazione finale entro 10 milioni di anni dalla nascita del sistema solare circa 4,6 miliardi di anni fa. È molto più veloce dei 500 milioni di anni suggeriti dal lavoro precedente.

Il meccanismo di mescolamento planetario che il team ha scoperto nelle simulazioni al computer è molto innovativo, afferma Nelson Ndugu, un astrofisico che studia la formazione di sistemi planetari alla North-West University di Potchefstroom, in Sud Africa, e alla Muni University di Arua, in Uganda. “Ha un enorme potenziale”.

Un mucchio di prove, comprese le osservazioni sulla formazione di sistemi planetari extrasolari (SN: 7/2/18), aveva già indicato che qualcosa nella storia antica del nostro sistema solare confondeva le orbite dei pianeti giganti, che gli scienziati chiamano instabilità del pianeta gigante (SN: 25/05/05).

“Le prove dell’instabilità del pianeta gigante sono davvero solide”, afferma Seth Jacobson, uno scienziato planetario della Michigan State University di East Lansing. “Spiega molte caratteristiche del sistema solare esterno”, dice, come il gran numero di oggetti rocciosi oltre Nettuno che compongono la fascia di Kuiper (SN: 31/12/09).

Per capire cosa ha innescato quell’instabilità, Jacobson e colleghi hanno eseguito simulazioni al computer delle migliaia di modi in cui il primo sistema solare avrebbe potuto svilupparsi. Tutto è iniziato con una giovane stella e un disco di gas e polvere che forma un pianeta che circonda la stella. Il team ha quindi modificato i parametri del disco, come la massa, la densità e la velocità con cui si è evoluto.

Le simulazioni includevano anche i pianeti giganti ancora in formazione: cinque di loro, in effetti. Gli astronomi pensano che un terzo gigante di ghiaccio, oltre a Urano e Nettuno, fosse originariamente un membro del sistema solare (SN: 20/04/12). Giove e Saturno completano il conteggio finale di questi enormi pianeti.

Quando il sole è diventato ufficialmente una stella, cioè nel momento in cui ha iniziato a bruciare idrogeno nel suo nucleo, circa 4,6 miliardi di anni fa, la sua emissione ultravioletta avrebbe colpito il gas del disco, ionizzandolo e riscaldandolo a decine di migliaia di gradi. “Questo è un processo molto ben documentato”, afferma Jacobson. Quando il gas si riscalda, si espande e si allontana dalla stella, iniziando dalla parte interna del disco.

“Il disco disperde il suo gas dall’interno verso l’esterno”, afferma Beibei Liu, astrofisico della Zhejiang University di Hangzhou, in Cina. Lui e Jacobson hanno collaborato con l’astronomo Sean Raymond del Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux in Francia nella nuova ricerca.

Nelle simulazioni del team, quando la parte interna del disco si dissolve, quell’area perde massa, quindi i pianeti incorporati e ancora in formazione sentono meno gravità da quella regione, dice Jacobson. Ma i pianeti sentono ancora la stessa quantità di attrazione dalla regione esterna del disco. Questa torsione gravitazionale, come la chiama il team, può innescare un effetto di rimbalzo: “In origine, i pianeti migrano e raggiungono il [inner] bordo di questo disco e invertono la loro migrazione”, afferma Liu.

A causa della grande massa di Giove, è per lo più inalterato. Saturno, però, si muove verso l’esterno e nella regione che, nelle simulazioni, ospita i tre pianeti giganti di ghiaccio. Quell’area diventa affollata, dice Liu, e seguono strette interazioni planetarie. Un gigante di ghiaccio viene espulso completamente dal sistema solare, Urano e Nettuno si spostano un po’ più lontano dal sole e “formano gradualmente le orbite vicine alla configurazione del nostro sistema solare”, dice Liu.

Nelle loro simulazioni al computer, i ricercatori hanno scoperto che quando la radiazione solare fa evaporare il disco, ne consegue quasi sempre un rimpasto planetario. “Non possiamo evitare questa instabilità”, dice Jacobson.

Ora che i ricercatori hanno un’idea di cosa potrebbe aver causato questo rimescolamento del sistema solare, il passo successivo è simulare come l’evaporazione del disco potrebbe influenzare altri oggetti.

“Ci siamo concentrati molto sui pianeti giganti, perché le loro orbite erano la motivazione originale”, afferma Jacobson. “Ma ora, dobbiamo fare il lavoro di follow-up per mostrare come questo meccanismo di innesco si collega ai piccoli corpi”.

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