Figura 1: In alto le osservazioni dei transiti dei pianeti TOI-201 b, c e d, ed in basso le variazioni di velocità radiale misurate per la stella ospite. I punti mostrano i dati raccolti, mentre le linee continue rappresentano il modello che meglio riproduce le osservazioni. Le barre di errore indicano le incertezze di misura.
Figura 2: Rappresentazione artistica del sistema TOI-201. In primo piano si staglia la massiccia nana bruna TOI-201 c, seguita dal gioviano moderatamente caldo TOI-201 b (soggetto a forti variazioni gravitazionali), la super-Terra TOI-201 d e infine la stella. Crediti: INAF / generata con IA Gemini.
di Luca Naponiello e Aldo Bonomo
Un team internazionale con fondamentale contributo italiano e dell’INAF ha caratterizzato il sistema esoplanetario TOI-201, scoprendo in esso la nana bruna transitante con il periodo più lungo, di circa 8 anni. Lo studio rivela un sistema gerarchico e complanare in cui la presenza della nana bruna eccentrica ridefinisce i confini di stabilità per la super-Terra e il gioviano interni.
Nata dall’individuazione di un singolo e rarissimo evento di “mono-transito” nei dati del satellite TESS della NASA, una collaborazione internazionale ha rivelato un sistema planetario straordinario che getta luce sui meccanismi di formazione ed evoluzione dei pianeti. Lo studio, pubblicato oggi sulla prestigiosa rivista Nature, ha una forte impronta italiana: tra i primi firmatari figura infatti Luca Naponiello, ricercatore dell’INAF-Osservatorio Astrofisico di Torino e secondo autore del paper, assieme ai ricercatori dello stesso Osservatorio Aldo Stefano Bonomo e Alessandro Sozzetti, e altri colleghi delle Università di Milano e Roma Tor Vergata. All’origine della scoperta c’è TOI-201 c, una nana bruna, cioè una stella mancata a cavallo tra i pianeti giganti e le stelle di piccola massa, con massa pari a circa 16,5 masse di Giove. Si tratta dell’oggetto transitante con il periodo orbitale più lungo, equivalente a poco meno di 8 anni, di cui sia nota la massa. A causa della grande distanza dalla stella, la probabilità che un simile oggetto passi esattamente davanti al disco stellare visto dalla Terra è molto bassa.
Il sistema ospita anche due pianeti in orbite interne, entrambi transitanti e disposti su piani orbitali perfettamente allineati (o complanari) rispetto alla nana bruna: una super-Terra probabilmente rocciosa (TOI-201 d) con periodo di appena 5,8 giorni e un gigante gassoso (TOI-201 b) su un’orbita intermedia, moderatamente eccentrica, di circa 53 giorni. La forte interazione gravitazionale tra la nana bruna e il gioviano dà luogo ad intense anomalie nell’orbita di quest’ultimo, riscontrabili nelle repentine variazioni dei tempi dei suoi transiti.
Grazie a misure di velocità radiale i ricercatori hanno determinato la massa della nana bruna e trovato che essa si muove su un’orbita molto ellittica. Ciò ha permesso la nascita dei pianeti, ma solo nelle regioni più interne, a distanze inferiori a quella di Marte dal Sole. A causa della forte perturbazione gravitazionale dovuta alla nana bruna, tutte le regioni esterne risultano infatti dinamicamente instabili. Tale risultato è stato reso possibile dalle analisi combinate delle osservazioni fotometriche TESS dei transiti e delle osservazioni spettroscopiche ottenute con diversi spettrografi ad alta risoluzione dello European Southern Observatory (ESO).
Secondo gli autori dello studio, la scoperta aggiunge un tassello fondamentale alla comprensione dei processi di formazione planetaria, mostrando come i pianeti possano nascere e sopravvivere anche in sistemi che ospitano oggetti molto massicci su orbite esterne fortemente eccentriche. Il risultato mette inoltre alla prova i modelli teorici più accreditati, secondo i quali i pianeti giganti si formano generalmente nelle regioni più esterne del disco protoplanetario, oltre la linea di condensazione dell’acqua situata a circa 2-3 unità astronomiche dalla stella, per poi migrare progressivamente verso l’interno.
La scoperta apre ora la strada a futuri studi di caratterizzazione di questo sistema con nuovi dati spettroscopici per determinare la massa della super-Terra, e con i dati astrometrici della prossima Data Release della missione spaziale Gaia per ricostruire l’orbita 3D della nana bruna.