Presentata una stima accurata dell’inclinazione orbitale di 5 esopianeti. Pubblicato su A&AS lo studio “The GAPS programme with HARPS-N at TNG XVI. Measurement of the Rossiter–McLaughlin effect of transiting planetary systems HAT-P-3, HAT-P-12, HAT-P-22, WASP-39, and WASP-60” di L. Mancini (Università di Roma Tor Vergata)

La scoperta degli esopianeti gioviani caldi (pianeti di dimensioni gioviane in orbite molto strette attorno alla propria stella) ha rivoluzionato le teorie sul processo di formazione planetaria. E’ ancora argomento di dibattito se questi pianeti si siano formati nelle orbite attuali o a distanze maggiori dalla stella centrale, per poi migrare verso orbite interne (e.g. Maldonado et al. 2018).

 

Tra le possibili cause che regolano il meccanismo di migrazione planetaria, le principali sono: interazione tra il giovane pianeta ed il disco protoplanetario; scattering pianeta-pianeta; interazioni gravitazionali in sistemi binari o con stelle in passaggi ravvicinati. Questi processi possono influenzare l’inclinazione e l’eccentricità delle orbite in maniera diversa, fornendo così degli osservabili che permettono di discriminare l’efficacia dei processi stessi.

 

La proiezione nel cielo (λ) dell’inclinazione dell’asse orbitale (ψ) di un esopianeta rispetto all’asse di rotazione della stella centrale può essere calcolata da misure accurate di velocità radiali attraverso l’effetto Rossiter-McLaughlin. Misurare le velocità radiali consiste nel misurare i piccoli spostamenti Doppler nello spettro di una stella che ospita un esopianeta dovuti alle oscillazioni della posizione della stella rispetto al centro di massa comune con il proprio esopianeta. Un ulteriore effetto Doppler, legato alla rotazione della stella attorno al proprio asse, può essere osservato nello spettro durante un transito dell’esopianeta davanti il disco stellare: mentre la stella ruota, la radiazione emesse dalla porzione della stella che ruota verso l’osservatore subisce un effetto Doppler verso frequenze minori (blue-shifted), mentre la porzione che ruota in direzione opposte verso frequenza maggiori (red-shifted). Durante il transito di un esopianeta, se la sua orbita non è inclinata rispetto all’equatore della stella, l’emissione blue-shifted e quella red-shifted saranno occultate in modo uguale. Se l’orbita è inclinata, le due porzioni saranno invece occultate in modo diverso, permettendo di misurare l’inclinazione λ dell’orbita planetaria. Se con misure indipendenti si conosce l’inclinazione dell’asse di rotazione della stella, è anche possibile misurare ψ.

 

Sfruttando l’effetto Rossiter-McLaughlin e l’elevata precisione e risoluzione spettrale delle misure spettroscopiche ottenute per il progetto GAPS (Global Architecture of Planetary Systems) con lo spettrografo HARPS-N del Telescopio Nazionale Galileo, il team guidato dall’astronomo L. Mancini (Dipartimento di Fisica, Università di Roma Tor Vergata) ha ottenuto misure accurate di λ per gli esopianeti gioviani caldi HAT-P-3, HAT-P-12, HAT-P-22, WASP-39 e WASP-60. Due di loro (HAT-P-22, WASP-39) hanno orbite allineate con l’asse della stella, l’orbita di HAT-P-3 b è leggermente disallineata, mentre HAT-P-12 b è fortemente disallineata e WASP-60 b orbita in moto retrogrado. Queste misure si aggiungono a quelle di circa un centinaio di altri sistemi planetari di cui e’ stata studiata l’inclinazione orbitale in passato.
Il quadro che emerge sembra indicare che:

  1. i pianeti molto massicci (M > 4 M_J) possono avere orbite inclinate,
    ma non retrograde;
  2. i pianeti ospitati da stelle relativamente fredde (Teff < 6000 K)
    hanno preferenzialmente orbite allineate, mentre quelli attorno a stelle
    piu’ calde (6000 < Teff < 6500 K) mostrano una grande varieta’ di
    inclinazioni orbitali;
  3.  i pianeti relativamente vicini alla stella (a/R* < 8)
    tendono ad avere orbite circolari e allineate, mentre i pianeti
    piu’ lontani mostrano una maggiore varieta’ di inclinazioni orbitali
    ed eccentricita’.

Ci sono comunque diverse eccezioni a questo quadro, che probabilmente nascono da effetti di selezione e da un campionamento limitato. Sono necessarie ancora molte altre osservazioni per chiarire se queste  caratteristiche orbitali possano effettivamente dire qualcosa sui processi di formazione e migrazione  planetaria. In particolare, sono necessari studi di pianeti intorno a stelle relativamente giovani (eta’ minore di qualche centinaio di milioni di anni), piuttosto difficili da scoprire. Tali pianeti sono oggi parte di un programma a lungo termine approvato con HARPS-N e GIANO al TNG. Lo studio “The GAPS programme with HARPS-N at TNG. XVI: Measurement of the Rossiter–McLaughlin effect of transiting planetary systems HAT-P-3, HAT-P-12, HAT-P-22, WASP-39, and WASP-60” è stato recentemente pubblicato da Astronomy & Astrophysics con la collaborazione degli astronomi L. Affer, E. Gonzalez-Alvarez, A. Maggio, J. Maldonado, S. Masiero, G. Micela dell’Osservatorio Astronomico di Palermo.

 

L’immagine (link) mostra la curva di luce del sistema WASP-60.