Il giorno su β Pictoris b

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A 65 anni luce dalla Terra c'è un pianeta molto giovane - solamente 20 milioni di anni d'età, contro i 4 miliardi e mezzo di anni della Terra - che ruota su se stesso come una trottola. Il pianeta si chiama β Pictoris b, è un oggetto gassoso sette volte più massiccio di Giove ed è uno della cinquantina di pianeti extrasolari che sono stati fotografati direttamente dagli astronomi. E' di questi giorni l'annuncio che il team di astronomi coordinati da Ignas Snellen (Leiden Observatory) è riuscito a determinare la sua velocità di rotazione (lo studio è stato pubblicato su Nature il Primo maggio). E' la prima volta che si raggiunge un simile traguardo e la tecnica impiegata si è dimostrata affidabile e promettente.

Gli astronomi hanno utilizzato lo spettrografo CRIRES (CRyogenic high-resolution InfraRed Echelle Spectrograph) installato sul telescopio UT1 (Antu) del Very Large Telescope per raccogliere la luce proveniente dal pianeta e analizzarla per scoprirvi le tracce dell'effetto Doppler. E' stato necessario rimuovere con attenzione l'effetto dovuto alla luminosa presenza della stella madre, ma alla fine il team è riuscito a rilevare le piccole variazioni dello spettro luminoso che testimoniavano le differenti velocità di diverse parti del pianeta. Si tratta di variazioni davvero minuscole nello spettro luminoso, che solamente la precisione di CRIRES (una parte su centomila) ha permesso di rilevare e misurare. “Usando questa tecnica - spiega Snellen - abbiamo trovato che diverse parti della superficie del pianeta si muovono avvicinandosi o allontanandosi da noi a velocità diverse: questo può solo significare che il pianeta ruota intorno al proprio asse.

E' stato dunque possibile determinare che questo gigante gassoso ruota su se stesso a quasi 100 mila chilometri orari. Una velocità davvero notevole se la paragoniamo con quella che caratterizza la Terra (circa 1700 km/h), ma il cui valore supera abbondantemente persino quello rilevato per Giove (47 mila km/h). Data la giovane età di β Pic b, ci si aspetta che con il passare del tempo il pianeta si raffreddi e si contragga. Questo lo porterà a ruotare ancora più velocemente, proprio come un pattinatore sul ghiaccio quando porta le sue braccia ad aderire al corpo. I ricercatori hanno stimato che in futuro (si parla di centinaia di milioni di anni) su quel pianeta si potrà assistere a un tramonto ogni tre ore.

Viene insomma confermata anche per questo pianeta extrasolare una tendenza osservata per i pianeti del Sistema solare che vede un diretto collegamento tra la massa del pianeta e la sua velocità di rotazione: più un pianeta è massiccio e più ruota vorticosamente. Un simile legame potrebbe essere una diretta conseguenza del meccanismo di formazione del sistema planetario, ma la questione è ancora aperta.

Tra gli autori dello studio figura Matteo Brogi, toscano, laureato in Astrofisica a Pisa, attualmente ricercatore presso il Leiden Observatory (ultimo anno PhD) e in attesa, il prossimo settembre, di trasferirsi a Boulder (Università del Colorado) dove si occuperà di atmosfere dei pianeti extrasolari. Abbiamo pensato di porre direttamente a lui un paio di domande. 

Dottor Brogi, la tecnica da voi utilizzata è facilmente "riciclabile" con altri pianeti extrasolari oppure l'impiego per β Pic b è stato agevolato dalla sua relativa vicinanza?
La tecnica utilizzata è sicuramente riciclabile con altri pianeti. Abbiamo scelto β Pic b per iniziare, perché sapevamo che era il caso più favorevole e volevamo dimostrare la bontà del metodo. Si consideri inoltre che questo studio è basato su una sola ora di osservazione al Very Large Telescope in Cile, mentre molte altre osservazioni di pianeti extrasolari vengono compiute durante una o più notti. In pratica, mettendo insieme 10/20 ore di osservazione la maggior parte dei pianeti scoperti con la tecnica del direct imaging potrebbero essere osservati in questa maniera.

Beta Pic b ruota come una trottola. Quali conseguenze per il pianeta può comportare una rotazione così elevata? Ci verrebbe di immaginare una meteorologia pazzesca...
Per quanto affascinante, parlare di meteorologia su pianeti extrasolari giganti è ancora prematuro... Ciò nonostante, quando un pianeta ruota così velocemente ci sono conseguenze sulla struttura e la circolazione delle possibili nubi atmosferiche. Rotazioni lente prediligono una struttura a vortici, o macchie, mentre rotazioni veloci portano a una struttura a bande equatoriali. Per esempio, Giove possiede entrambe le caratteristiche (si pensi alla Grande Macchia Rossa e alle varie bande osservabili anche al telescopio) anche se la struttura a bande tende a dominare. Nel caso di β Pic b abbiamo una rotazione ancora più rapida, quindi direi che potremmo aspettarci molte bande di nubi distribuite lungo i paralleli. 

Quale possibile spiegazione viene proposta per giustificare come mai la velocità di rotazione sia strettamente collegata alla massa del pianeta? Solamente figlia del meccanismo di contrazione della nube dalla quale si è condensato il pianeta oppure c'è dell'altro?
Questa è una domanda molto interessante. Per adesso la relazione che collega la massa alla velocità di rotazione sembra provenire dal meccanismo di contrazione della nube, in particolare da come il momento angolare iniziale della nube viene redistribuito fra i vari corpi in funzione della massa. Si tenga tuttavia conto che ci sono altri fattori che possono modificare questo scenario. I due più importanti sono la presenza di un satellite naturale di massa non trascurabile (per esempio la nostra Luna) o la vicinanza di un pianeta alla sua stella (per esempio Mercurio). In questi due casi gli effetti della forza di marea tra il pianeta e il satellite oppure tra la stella e il pianeta tendono a modificare il periodo di rotazione e quindi alterano la suddetta relazione.

Per approfondire: 

Paper originale di I. Snellen et al.

Caratteristiche del pianeta (e relative pubblicazioni)

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