Gli astronomi sospettano da tempo che la massa di un pianeta e la sua velocità di rotazione siano correlate. Nel nostro Sistema Solare, Giove e Saturno ne sono un esempio lampante. Nonostante le loro enormi dimensioni, entrambi completano una rotazione completa in circa 10 ore e contribuiscono in modo significativo all’energia rotazionale totale del Sistema Solare.
Per verificare se questa relazione si estende oltre il nostro vicinato cosmico, i ricercatori hanno utilizzato l’Osservatorio WM Keck sul Maunakea, nelle Hawaii, per studiare un ampio campione di mondi giganti distanti. La loro indagine ha incluso 32 giganti gassosi e nane brune compagne in altri sistemi stellari, tra cui 6 pianeti più grandi di Giove e 25 nane brune compagne.
Le osservazioni hanno rivelato una tendenza interessante. Considerando fattori come massa, dimensioni ed età, i pianeti giganti gassosi tendono a ruotare più velocemente delle nane brune più massicce. Per rafforzare la loro analisi, i ricercatori hanno anche incorporato precedenti misurazioni di rotazione provenienti da altri studi, creando un set di dati accuratamente selezionato che includeva 43 compagni stellari/substellari e pianeti giganti, insieme a 54 nane brune e oggetti di massa planetaria.
Il team internazionale era guidato da scienziati del Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA) della Northwestern University. Tra i collaboratori figuravano ricercatori del Center for Astrophysics and Space Sciences (CASS) dell’UC San Diego, della Division of Geological & Planetary Sciences (GPS) del Caltech, del WM Keck Observatory, dello Steward Observatory, del James C. Wyant College of Optical Sciences, del Jet Propulsion Laboratory della NASA e di diverse altre istituzioni. I loro risultati sono stati pubblicati su The Astronomical Journal .
Misurare lo spin di mondi lontani
Molti dei pianeti esaminati orbitano attorno alle loro stelle a distanze che vanno da decine a centinaia di Unità Astronomiche (UA), la distanza tra la Terra e il Sole. Gli scienziati stanno ancora cercando di determinare come si formano questi mondi lontani. Alcuni potrebbero emergere gradualmente all’interno di dischi di gas e polvere che circondano giovani stelle, mentre altri potrebbero formarsi attraverso un processo più simile al collasso che dà origine alle stelle stesse.
Per condurre le loro ricerche, gli studiosi hanno utilizzato il Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC), uno strumento specializzato in grado di isolare la luce proveniente direttamente da questi mondi lontani. Quando un pianeta ruota, le caratteristiche della sua atmosfera causano un leggero allargamento del suo spettro. Misurando questi cambiamenti, gli astronomi possono determinare la velocità di rotazione dell’oggetto.
L’autore principale, Dino Chih-Chun Hsu, ricercatore presso il CIERA, ha spiegato il significato di queste misurazioni in un comunicato stampa dell’Osservatorio WM Keck:
“La rotazione è una testimonianza fossile di come si è formato un pianeta. Misurando la velocità di rotazione di questi mondi, possiamo iniziare a ricostruire i processi fisici che li hanno plasmati decine o centinaia di milioni di anni fa. Con KPIC, possiamo rilevare questi minuscoli segnali che rivelano la rotazione di un pianeta attorno ad altre stelle vicine. I nostri risultati suggeriscono che sia la massa del pianeta sia il rapporto tra la massa del pianeta e quella della sua stella influenzano la velocità di rotazione finale del pianeta. Questo ci aiuta a definire meglio la fisica della formazione di questi sistemi.”
Un pianeta gigante supera in velocità di rotazione un vicino molto più grande
Uno degli esempi più chiari proviene dal sistema HR 8799. Lì, un gigante gassoso con una massa circa 7 volte superiore a quella di Giove ruota sei volte più velocemente di una nana bruna compagna che ha una massa circa 24 volte superiore a quella di Giove.
I ricercatori ritengono che la differenza possa essere collegata alle interazioni magnetiche avvenute nelle prime fasi della storia degli oggetti. Un campo magnetico più intenso può interagire più profondamente con il disco circumplanetario circostante, rallentando la rotazione nel tempo. In questo caso, la nana bruna più massiccia ha probabilmente perso una maggiore quantità della sua rotazione originaria a causa del suo campo magnetico più intenso.
I risultati stanno aiutando gli scienziati a comprendere meglio non solo i sistemi planetari distanti, ma anche le origini del nostro Sistema Solare. Hsu ha affermato:
“Il modo in cui il momento angolare è distribuito tra i pianeti influenza l’architettura complessiva di un sistema planetario. Persino la rotazione terrestre e il campo magnetico sono in definitiva collegati a come quel bilancio di rotazione era suddiviso quando si è formato il sistema solare. KPIC è il primo strumento di questo tipo, che apre una strada completamente nuova allo studio degli esopianeti. Ci ha permesso di misurare proprietà come la rotazione che prima erano quasi impossibili da rilevare.”
Studi futuri sui pianeti erranti e sulle atmosfere degli esopianeti
Il team prevede di ampliare questo lavoro studiando la rotazione dei pianeti erranti (FFP), spesso chiamati “pianeti vaganti”. I ricercatori sperano inoltre di indagare la composizione chimica delle atmosfere di questi mondi.
Le future osservazioni beneficeranno di nuove tecnologie, tra cui l’imminente HISPEC (High-resolution Infrared Spectrograph for Exoplanet Characterization) dell’Osservatorio Keck, il cui avvio delle operazioni è previsto per il 2027. Secondo Hsu, il nuovo strumento permetterà di studiare mondi più piccoli e più distanti di quanto sia mai stato possibile prima.
Jason Wang, professore assistente alla Northwestern University e coautore dello studio, ha dichiarato:
“Abbiamo preso gli insegnamenti appresi da KPIC e li abbiamo applicati a HISPEC, che avrà una maggiore sensibilità, una risoluzione spettrale più elevata e una copertura di lunghezze d’onda più ampia. Con HISPEC saremo in grado di aumentare drasticamente il numero di pianeti di cui possiamo misurare la rotazione e, in particolare, potremo studiare in natura pianeti più vicini al nostro Giove per verificare se il nostro Giove è tipico.“
I ricercatori ritengono di essere solo all’inizio della scoperta di ciò che la rotazione planetaria può rivelare.
“Abbiamo appena iniziato a esplorare cosa può rivelarci la rotazione planetaria”, ha affermato Hsu. “Con strumenti futuri e telescopi più grandi, saremo in grado di misurare la rotazione di un numero ancora maggiore di mondi e di collegare rotazione, composizione chimica e storia di formazione di interi sistemi planetari.”
Abstract
Presentiamo una velocità di rotazione ( ) un’indagine su 32 oggetti stellari/substellari e pianeti giganti utilizzando la spettroscopia ad alta risoluzione di Keck/KPIC, inclusi 6 pianeti giganti (2–7 M Jup ) e 25 compagni substellari/stellari (12–88 M Jup ). Aggiungendo i compagni con misurazioni di spin dalla letteratura, costruiamo un campione di spin curato per 43 compagni stellari/substellari di riferimento e pianeti giganti e 54 nane brune e oggetti di massa planetaria fluttuanti liberamente. Confrontiamo i loro spin, parametrizzati come velocità di rottura frazionarie a 10 Myr, assumendo un’evoluzione del momento angolare costante. Troviamo la prima chiara evidenza che i pianeti giganti mostrano spin distinti rispetto ai compagni nane brune di bassa massa (10–40 M Jup ) con una significatività di 4–4,5 σ assumendo inclinazioni allineate con le loro orbite, mentre con inclinazioni orientate casualmente la significatività è a 1,6–2,1 σ . I nostri risultati sono validi considerando varie ipotesi sui pianeti, e il rapporto di massa inferiore allo 0,8% fornisce un netto taglio per la rotazione tra pianeti giganti e compagni nane brune. Le velocità di rottura frazionarie più elevate dei pianeti possono essere interpretate come una minore perdita di momento angolare attraverso il frenamento del disco circumplanetario durante la fase di formazione planetaria. I compagni nane brune mostrano evidenze di rotazione più lenta rispetto alle nane brune isolate, mentre pianeti e oggetti di massa planetaria mostrano rotazioni simili. Infine, la nostra analisi del momento angolare specifico rispetto all’età di 221 oggetti stellari/substellari inferiori allo 0,1 Le misurazioni di spin M⊙ presenti in letteratura indicano che gli oggetti substellari di 5–40 M Jup mantengono momenti angolari molto più elevati rispetto agli oggetti stellari e substellari di 40–100 M Jup dopo 10 Myr, quando si sono stabiliti i loro momenti angolari iniziali.
Materiale fornito da Universe Today . Articolo originale di Matthew Williams. Nota: il contenuto potrebbe essere modificato per motivi di stile e lunghezza.
Chih-Chun Hsu, Jason J. 劲飞 Wang 王, Jerry W. Xuan, Yapeng Zhang, Jean-Baptiste Ruffio, Dimitri Mawet, Luke Finnerty, Katelyn Horstman, Julianne Cronin, Yinzi Xin, Ben Sappey, Daniel Echeverri, Nemanja Jovanovic, Ashley Baker, Randall Bartos, Geoffrey A. Blake, Benjamin Calvin, Sylvain Cetre, Jacques-Robert Delorme, Gregory W. Doppmann, Michael P. Fitzgerald, Quinn M. Konopacky, Joshua Liberman, Ronald A. López, Evan Morris, Jacklyn Pezzato, Tobias Schofield, Andrew Skemer, J. Kent Wallace, Ji 吉 Wang 王. Distinct Rotational Evolution of Giant Planets and Brown Dwarf Companions. The Astronomical Journal, 2026; 171 (4): 224 DOI: 10.3847/1538-3881/ae434b
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