Elias 2-24b è l’esopianeta più giovane mai osservato: perché sfida i modelli di formazione planetaria

È stato scoperto l'esopianeta più giovane mai conosciuto finora, Elias 2-24 b: formatosi meno di un milione di anni fa, orbita attorno alla stella Elias 2-24, situata a circa 450 anni luce dalla Terra nella costellazione dell'Ofiuco, una regione di intensa formazione stellare. La sua massa è stimata nell'ordine di quella di Giove, ma ciò che lo rende straordinario è la rapidità con cui questo pianeta si è formato. I risultati dello studio sono stati pubblicati su The Astrophysical Journal Letters e hanno aperto nella comunità scientifica un nuovo interrogativo sulla velocità con cui i sistemi planetari vengono formati.

Elias 2-24 b è ancora immerso nel disco protoplanetario della propria stella, cioè la struttura di gas e polveri all'interno della quale i pianeti si formano per accrescimento progressivo di materiale. Si tratta quindi di un pianeta scoperto ancora all’interno del suo disco di formazione in un processo che è ancora in corso.

Osservare direttamente pianeti in questa fase è eccezionalmente difficile. Il gas e la polvere del disco tendono a oscurarli rendendo inefficaci le tecniche fotometriche e spettrometriche usate per rilevare esopianeti in uno stato di formazione più avanzato. Dei circa 6.000 esopianeti oggi confermati infatti  la quasi totalità ha già miliardi di anni di età.

La scoperta dell’esopianeta più giovane mai conosciuto

La scoperta è stata fatta grazie ad una serie di osservazioni passate effettuate attraverso vari strumenti e che sono state incrociate insieme. Il radiotelescopio ALMA (Atacama Large Millimeter Array), in Cile, aveva rilevato una lacuna nel disco di polveri attorno a Elias 2-24,  ovvero una mancanza di polveri e gas nel disco che gli astronomi associano tipicamente all'azione gravitazionale di un pianeta in formazione, capace di spazzare via il materiale lungo la propria orbita. Successivamente, il Very Large Telescope dell'ESO (European Southern Observatory, ovvero l’istituto di ricerca europeo che gestisce i grandi telescopi in Cile) aveva individuato un debole segnale luminoso nella stessa regione, compatibile con la presenza di un oggetto planetario.

La conferma definitiva della presenza di Elias 2-24 b è arrivata attraverso i dati d'archivio del Keck Observatory alle Hawaii. Il segnale era presente nelle osservazioni del 2018 e del 2020 e il suo movimento nel tempo si è rivelato perfettamente coerente con quello atteso per un pianeta in orbita.

La massa di Elias 2-24 b è stata ricavata analizzando le caratteristiche della lacuna nel disco, cioè la profondità e l'ampiezza della cavità che un pianeta scava nel materiale circostante, le quali sono direttamente correlate alla sua massa. L'età è invece desunta da quella della stella madre, collocata in una regione di formazione stellare attiva e stimata al di sotto del milione di anni.

Perché Elias 2-24 b mette in crisi i modelli di formazione planetaria

La particolarità della scoperta è dovuta alla combinazione dell'età del pianeta correlata alla sua posizione nell'orbita. Elias 2-24 b si trova a circa 55 Unità Astronomiche dalla propria stella (un'Unità Astronomica corrisponde alla distanza media Terra-Sole, ovvero circa 150 milioni di chilometri). Per confronto Giove orbita a 5,2 UA dal Sole. Il pianeta appena scoperto è quindi più di dieci volte più lontano dalla sua stella di quanto lo sia Giove dalla nostra.

Questo dato diventa difficile da spiegare con il modello di formazione planetaria più attualmente più accreditato, ovvero quello tramite accrescimento del nucleo. Secondo questo scenario un pianeta gigante gassoso nasce da un nucleo solido composto di roccia e ghiaccio che si forma per collisioni progressive tra piccoli corpi nel disco protoplanetario. Una volta raggiunta una massa critica di circa dieci masse terrestri, il nucleo acquista sufficiente gravità per attrarre e trattenere il gas circostante, accumulandolo in grandi quantità fino a diventare un gigante gassoso. È il meccanismo che spiega la nascita di Giove e Saturno nel nostro sistema solare.

Il problema è che questo processo dipende criticamente dalla densità del materiale nel disco e tale densità diminuisce all'aumentare della distanza dalla stella. Più ci si allontana, più il disco è rarefatto, più le collisioni tra planetesimi sono rare e meno efficienti. I modelli stimano che la formazione di un pianeta della massa e distanza dalla stella madre come quella di Giove richieda circa cinque milioni di anni. A 55 UA, le stime salgono a decine di milioni di anni. Elias 2-24 b con appena un milione di anni di età entra in contraddizione con quanto finora gli scienziati ritenevano di sapere.

C’è però un meccanismo alternativo, a lungo considerato marginale e applicabile solo in condizioni particolari di formazione planetaria, che risulta invece più compatibile con quanto osservato nel sistema stellare di Elias 2-24. In questo scenario, se il disco protoplanetario è abbastanza massiccio, una possibile instabilità gravitazionale può produrre localmente un collasso della materia in blocchi compatti che formano pianeti giganti in tempi molto più brevi, nell'ordine delle migliaia di anni. La scoperta suggerisce che l'instabilità gravitazionale potrebbe giocare un ruolo più rilevante di quanto finora ritenuto, almeno nelle regioni esterne dei dischi protoplanetari.

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