Questi oggetti misteriosi nati da scontri violenti tra giovani sistemi stellari non sono stelle né pianeti

Un’illustrazione di due giovani sistemi stellari in collisione che creano una pioggia di pianeti vaganti. Sono stelle? Sono pianeti? O non sono né l’uno né l’altro? Alcuni oggetti di massa planetaria vaganti che percorrono il cosmo da soli potrebbero essere creati quando i giovani sistemi stellari si scontrano, il che significa che rappresentano una classe cosmica a sé stante. Gli oggetti di massa planetaria fluttuanti sono corpi con una massa pari a circa 13 volte quella di Giove, spesso trovati alla deriva attraverso giovani ammassi stellari, come l’Ammasso del Trapezio in Orione. Le loro origini hanno posto un particolare enigma nel 2023, quando gli astronomi hanno scoperto 40 coppie di oggetti di massa planetaria chiamati Oggetti Binari di Massa Giove, o JuMBO, nella nebulosa di Orione. Con masse inferiori a quelle delle stelle più piccole ma superiori a quelle dei pianeti più massicci, la grande domanda è stata: questi corpi si formano come stelle o come pianeti? Il problema è che nessuna delle due origini può spiegare la natura binaria dei JuMBO, né l’abbondanza di oggetti di massa planetaria fluttuanti in generale. “Gli oggetti di massa planetaria non si adattano perfettamente alle categorie esistenti di stelle o pianeti,” ha detto Deng Hongping dell’Osservatorio Astronomico di Shanghai presso l’Accademia Cinese delle Scienze in una dichiarazione. “Le nostre simulazioni mostrano che probabilmente si formano attraverso un processo completamente diverso, legato alla dinamica caotica dei giovani ammassi stellari.” La nuova ricerca ha mostrato che questi orfani cosmici potrebbero essere forgiati quando nubi appiattite di gas e polvere chiamate “dischi circumstellari” intorno a stelle neonate interagiscono violentemente. Questa interazione violenta potrebbe avvenire quando le giovani stelle sono raggruppate insieme. Pianeti vaganti, stelle fallite o qualcos’altro? In precedenza, gli scienziati teorizzavano che gli oggetti di massa planetaria fluttuanti fossero semplicemente pianeti vaganti, espulsi dai loro sistemi stellari di origine attraverso interazioni con stelle di passaggio o scontri gravitazionali con i loro stessi pianeti fratelli. Tuttavia, l’esistenza di coppie di JuMBO ha sfidato questa idea. Questo perché è difficile spiegare come un evento possa essere abbastanza violento da espellere un pianeta dal suo sistema stellare ad alta velocità senza separarlo da un partner binario. Mentre è concepibile che qualche evento anomalo possa causare ciò, la rilevazione di 40 coppie di JuMBO in una nebulosa suggerisce che qualunque cosa li abbia creati è più comune di un evento isolato. Un’altra “identità segreta” suggerita per gli oggetti di massa planetaria fluttuanti sono le nane brune. Si pensa che questi oggetti si formino come stelle quando dense porzioni di vaste nubi di gas e polvere collassano. Tuttavia, mentre le stelle raccolgono massa dai loro involucri prenatali di gas e polvere fino a quando la pressione e la temperatura nei loro nuclei sono sufficienti a innescare la fusione dell’idrogeno in elio, il processo nucleare che definisce cosa sia una stella, le nane brune non riescono a raccogliere abbastanza massa per innescare tale processo. Questo lascia queste “stelle fallite” con masse tra 13 e 75 volte quella di Giove (0,013 a 0,075 volte la massa del sole). Inoltre, la probabilità di trovare stelle con partner binari diminuisce rapidamente man mano che le loro masse diminuiscono. Quindi, mentre il 75% delle stelle massicce ha un partner, solo circa il 50% delle stelle con massa simile a quella del sole sono in sistemi binari. Questo tasso binario scende quasi a zero per le stelle più piccole, quindi come corpi stellari con masse ancora più piccole, dovrebbe esserci pochissima possibilità di trovare nane brune in sistemi binari. Pertanto, se gli oggetti di massa planetaria fluttuanti sono effettivamente nane brune, il numero elevato di esse viste come sistemi binari è difficile da spiegare. Per arrivare al fondo di questo mistero, Deng e colleghi hanno eseguito una simulazione idrodinamica ad alta risoluzione di incontri ravvicinati tra due dischi circumstellari intorno a stelle neonate. Il team ha scoperto che quando questi dischi collidono a velocità di circa 4.500 a 6.700 miglia all’ora (7.242 a 10.783 chilometri all’ora), a separazioni di circa 300 a 400 volte la distanza tra la Terra e il sole, si forma un “ponte di marea” di gas e polvere. Questi ponti di marea collassano per creare filamenti densi di gas che si rompono per formare “semi” di oggetti di massa planetaria, spiega il team, con masse di circa 10 volte quella di Giove. Le simulazioni hanno rivelato che circa il 14% di questi corpi si formano in coppie o terzetti con separazioni di circa sette a 15 volte la distanza tra il sole e la Terra. Questo spiegherebbe l’abbondanza di JuMBO in Orione. I risultati del team sono supportati dal fatto che gli incontri tra dischi tra stelle sono noti per essere comuni in ambienti stellari densi come quello dell’Ammasso del Trapezio. Ciò significa che queste regioni potrebbero generare centinaia di oggetti di massa planetaria, spiegando le loro popolazioni abbondanti nel cosmo. “Questa scoperta in parte ridefinisce come vediamo la diversità cosmica,” ha detto il membro del team Lucio Mayer dell’Università di Zurigo. “Gli oggetti di massa planetaria potrebbero rappresentare una terza classe di oggetti, nati non dalla materia prima delle nubi di formazione stellare o attraverso processi di costruzione planetaria, ma piuttosto dal caos gravitazionale delle collisioni di dischi.” La ricerca del team è stata pubblicata il 26 febbraio sulla rivista Science Advances.