Gli astronomi sospettano da tempo che la massa di un pianeta e la sua velocità di rotazione siano collegate. Nel nostro Sistema Solare, Giove e Saturno ne sono esempi lampanti. Nonostante le loro dimensioni enormi, entrambi completano una rotazione completa in circa 10 ore e rappresentano una grande fetta dell'energia rotazionale totale del Sistema Solare.
Per verificare se questa relazione si estende oltre il nostro vicinato cosmico, i ricercatori hanno utilizzato l'Osservatorio W. M. Keck sul Maunakea, alle Hawaii, per studiare un ampio campione di mondi giganti lontani. Il loro sondaggio includeva 32 giganti gassosi e compagne nane brune in altri sistemi stellari, tra cui 6 pianeti più grandi di Giove e 25 compagne nane brune.
Le osservazioni hanno rivelato una tendenza intrigante. Quando si considerano fattori come massa, dimensioni ed età, i pianeti giganti gassosi tendono a ruotare più velocemente delle nane brune più massicce. Per rafforzare la loro analisi, i ricercatori hanno anche incorporato misurazioni di rotazione precedenti da altri studi, creando un set di dati accuratamente selezionato che includeva 43 compagni stellari/substellari e pianeti giganti, insieme a 54 nane brune e oggetti di massa planetaria liberi.
Il team internazionale era guidato da scienziati del Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA) della Northwestern University. I collaboratori includevano ricercatori del Center for Astrophysics and Space Sciences (CASS) dell'UC San Diego, della Division of Geological & Planetary Sciences (GPS) del Caltech, dell'Osservatorio W. M. Keck, dello Steward Observatory, del James C. Wyant College of Optical Sciences, del Jet Propulsion Laboratory della NASA e di diverse altre istituzioni. I loro risultati sono stati pubblicati su The Astronomical Journal.
Molti dei pianeti esaminati orbitano attorno alle loro stelle a distanze che vanno da decine a centinaia di Unità Astronomiche (UA), la distanza tra la Terra e il Sole. Gli scienziati stanno ancora cercando di determinare come si formano questi mondi lontani. Alcuni potrebbero emergere gradualmente all'interno di dischi di gas e polvere che circondano stelle giovani, mentre altri potrebbero formarsi attraverso un processo più simile al collasso che crea le stelle stesse.
Per indagare, i ricercatori hanno utilizzato il Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC), uno strumento specializzato in grado di isolare la luce proveniente direttamente da questi mondi lontani. Mentre un pianeta ruota, le caratteristiche della sua atmosfera causano un sottile allargamento nel suo spettro. Misurando questi cambiamenti, gli astronomi possono determinare la velocità con cui l'oggetto sta ruotando.
L'autore principale Dino Chih-Chun Hsu, ricercatore al CIERA, ha spiegato il significato di queste misurazioni in un comunicato stampa dell'Osservatorio W. M. Keck: "La rotazione è un documento fossile di come si è formato un pianeta. Misurando la velocità con cui questi mondi ruotano, possiamo iniziare a ricostruire i processi fisici che li hanno modellati decine o centinaia di milioni di anni fa. Con KPIC, possiamo rilevare questi minuscoli segnali che rivelano la rotazione di un pianeta attorno ad altre stelle vicine. I nostri risultati suggeriscono che sia la massa del pianeta che il rapporto tra la massa del pianeta e quella della sua stella influenzano la velocità finale di rotazione del pianeta. Questo ci aiuta a restringere la fisica di come si formano questi sistemi."
Un Pianeta Gigante Supera un Vicino Molto Più Grande
Uno degli esempi più chiari proviene dal sistema HR 8799. Lì, un gigante gassoso circa 7 volte la massa di Giove ruota sei volte più velocemente di una compagna nana bruna che è circa 24 volte la massa di Giove.
I ricercatori ritengono che la differenza possa essere legata a interazioni magnetiche nelle prime fasi della storia degli oggetti. Un campo magnetico più forte può interagire più intensamente con il disco circumplanetario circostante, rallentando la rotazione nel tempo. In questo caso, la nana bruna più massiccia probabilmente ha perso più della sua rotazione originale a causa del suo campo magnetico più forte.
I risultati stanno aiutando gli scienziati a comprendere meglio non solo i sistemi planetari lontani, ma anche le origini del nostro Sistema Solare. Hsu ha detto: "Il modo in cui il momento angolare è distribuito tra i pianeti influenza l'architettura complessiva di un sistema planetario."