Formazione ed evoluzione del complesso sistema planetario di V1298 Tau, descritti nell’articolo: “The GAPS programme at TNG. XLVIII. The unusual formation history of V1298 Tau” di D. Turrini (INAF – OATo)

Lo studio degli esopianeti in orbita attorno a stelle giovani, ossia con poche decine di milioni di anni, offre un’importante opportunità per comprendere le prime fasi dei processi evolutivi che plasmano l’architettura dei sistemi planetari. Tuttavia, tali osservazioni sono complicate dalla rarità delle stelle giovani rispetto a quelle più evolute, dal loro ambiente circostante, e dall’intensa attività magnetica di queste stelle, che produce segnali facilmente confondibili con quelli causati da pianeti.

 

A una distanza di circa 360 anni luce da noi, nella direzione della costellazione del Toro, si trova una stella giovane con un sistema esoplanetario dalle proprietà peculiari. La stella si chiama V1298 Tau, ha una temperatura efficace di circa 5000 gradi ed un’età compresa tra i 10 ed i 30 milioni di anni. Osservazioni realizzate con il satellite della NASA TESS hanno permesso di identificare ben 4 pianeti orbitanti attorno a questa stella: due nettuniani e due gioviani. I quattro pianeti orbitano in una configurazione molto compatta, con il più distante tra loro caratterizzato da un’orbita con un semiasse maggiore di 0.26 Unità Astronomiche (1 UA è pari a 150 milioni di km, ossia la distanza media tra Terra e Sole), minore della distanza tra Sole e Mercurio. La massa è vincolata, seppur con una certa incertezza, solo per i due pianeti V1298 Tau b (0.64 masse gioviane) ed e (1.23 masse gioviane), risultando in densità piuttosto elevate (1.2±0.45 e 3.6±1.6 g/cm³), se confrontate con i valori attesi dai modelli di formazione planetaria. Questi valori di densità sono compatibili con uno scenario in cui i due pianeti si siano formati a distanze elevate dalla stella centrale, per poi migrare verso l’interno arricchendosi di elementi pesanti grazie ad un intenso accrescimento di planetesimali.

 

Il gruppo di ricercatori guidato dall’astrofisico D. Turrini (INAF – Osservatorio Astrofisico di Torino) ha condotto delle simulazioni dinamiche (N-body) per comprendere quale scenario di formazione ed evoluzione del sistema esoplanetario di V1298 Tau riesca a spiegare le proprietà del sistema planetario, in particolare la sua configurazione compatta, l’assenza di risonanza tra i pianeti e la densità dei due pianeti V1298 Tau b ed e. Le simulazioni confermano che i due pianeti devono essersi formati a grandi distanze dalla stella, oltre la distanza in cui la temperatura locale del disco protoplanetario permetteva la condensazione dell’anidride carbonica (CO2 snow-line, posta a circa 6 UA). Le simulazioni suggeriscono anche che il disco protoplanetario doveva essere piuttosto massiccio, approssimativamente 0.1 volte la massa di V1298 Tau. Successivamente, i due pianeti sono migrati verso l’interno, accrescendo circa 90 e 110 masse terrestri di planetesimali. L’attuale architettura e l’assenza di risonanza possono essere conseguenza dell’interazione con un quinto pianeta, probabilmente ancora in orbita attorno a V1298 Tau, con una massa compresa tra 0.5 e 2 masse gioviane. Lo studio è descritto nell’articolo “The GAPS programme at TNG XLVIII. The unusual formation history of V1298 Tau“, recentemente pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics, e firmato anche dalle astronome G. Micela e S. Benatti dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo.

 

La figura (cliccare qui per visualizzare l’immagine interamente) mostra il risultato di una delle simulazioni descritte in questo studio. Le posizioni iniziali dei pianeti V1298 Tau b (rosso) ed e (giallo) sono indicate dai cerchi colorati vuoti (orbita iniziale) e pieni (orbita finale). I punti, invece, rappresentano l’eccentricità e l’inclinazione delle orbite della popolazione di planetesimali eccitate dalla presenza e dalla migrazione dei pianeti.