La relazione tra metallicità e presenza di pianeti durante l’evoluzione delle stelle di massa intermedia descritta nello studio: “Intermediate-mass stars and the origin of the gas-giant planet-metallicity correlation” di J. Maldonado (INAF-OAPA)
Una relazione tra la possibilità di avere pianeti gassosi e l’abbondanza di elementi chimici pesanti esiste per le stelle di piccola massa. Pochi studi hanno finora provato ad estendere questa relazione anche per le stelle di massa intermedia. Questo è l’obiettivo dello studio “Intermediate-mass stars and the origin of the gas-giant planet-metallicity correlation” di J. Maldonato (INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo), basato sull’analisi di un campione di 131 stelle di massa intermedia.
Ad oggi (febbraio 2025), dei 5834 esopianeti identificati, solo circa il 5% orbita attorno a stelle di massa compresa tra 1.5 e 3.5 masse solari (stelle di massa intermedia). Questo è probabilmente dovuto a difficoltà specifiche nelle tecniche di ricerca degli esopianeti, difficoltà che non si riscontrano per stelle di massa inferiore. Ad esempio, essendo più luminose rispetto alle stelle di massa minore, la profondità dei transiti (ossia la diminuzione della luminosità stellare durante il passaggio di un pianeta davanti alla stella lungo la nostra linea di vista) risulta inferiore. Questo rende più complesso lo studio delle relazioni tra le proprietà stellari, la probabilità di ospitare pianeti e l’architettura dei sistemi planetari.
Per le stelle di piccola massa, ad esempio, esiste una relazione ben nota e confermata da diversi studi tra la probabilità di ospitare pianeti gassosi e l’abbondanza chimica della stella in elementi più pesanti di idrogeno ed elio (detta “metallicità”). Questa relazione viene interpretata come una conseguenza del fatto che una minore abbondanza di elementi chimici pesanti nella stella – e quindi nel suo disco protoplanetario, dove avviene la formazione dei pianeti – renda meno probabile la formazione di nuclei massicci sufficientemente grandi da permettere la nascita di pianeti giganti gassosi. Ad esempio, ricordare che Giove si è formato da un nucleo roccioso con una massa di circa 10-12 masse terrestri.
Nel suo studio “Intermediate-mass stars and the origin of the gas-giant planet-metallicity correlation“, recentemente pubblicato sulla rivista Astronomy and Astrophysics, un team di ricercatori guidato dall’astrofisico J. Maldonado ha analizzato un campione di 131 stelle di massa intermedia in diverse fasi evolutive: pre-sequenza, sequenza principale e fase di gigante. Durante questa evoluzione, le stelle in questo intervallo di massa cambiano la loro struttura interna: partendo da una struttura completamente convettiva nella pre-sequenza, sviluppano una regione radiativa esterna prima della sequenza principale per poi tornare a essere completamente convettive nella fase di gigante.
Dall’analisi di questo campione stellare è emerso che la relazione tra la probabilità di ospitare pianeti gassosi e la metallicità dipende dalla fase evolutiva della stella. Nessuna correlazione è stata trovata, infatti, per le stelle di pre-sequenza, mentre per le stelle di sequenza principale la relazione è possibile, ma non statisticamente significativa. Per le stelle giganti, invece, la relazione risulta forte. I ricercatori hanno interpretato questo risultato come una conseguenza della struttura interna della stella e dell’accrescimento di materiale povero di elementi pesanti durante la fase di pre-sequenza. La formazione planetaria, infatti, ridurrebbe il contenuto di elementi pesanti che vengono accresciuti dalla stella nelle sue prime fasi evolutive. Lo sviluppo di uno strato radiativo durante la pre-sequenza principale limiterebbe infatti il mescolamento degli elementi chimici all’interno della stella, rendendo la metallicità misurata non rappresentativa della composizione reale della stella. Durante la fase di gigante, invece, la stella torna a essere completamente convettiva, rimescolando gli elementi chimici al suo interno e permettendo di misurare nuovamente la sua reale metallicità.
L’immagine di copertina (cliccare qui per visualizzarla interamente) mostra le relazioni tra frazione di stelle con pianeti e metallicità osservata per stelle di massa intermedia nelle tre fasi evolutive.
Mario Giuseppe Guarcello
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