Scoperta la presenza di Elementi Alfa in satelliti ed esopianeti

Immagine artistica del pianeta HD 189733b che passa davanti alla sua stella HD 189733A. Crediti: NASA, ESA, L. Calçada

Un team internazionale, guidato da Vardan Zh. Adibekyan dell’ EXOEarths (Centro de Astrofisica da Universidade do Porto – CAUP), sta conducendo una serie di ricerche sul ruolo giocato da alcuni metalli pesanti nella formazione di esopianeti, satelliti e stelle di massa non considerevole.

Grazie allo spettrografo HARPS (ESO), il gruppo di ricerca del CAUP ha analizzato gli spettri di radiazione di un numero ingente di pianeti di massa simile al Sole. Su un campione ingente di stelle, 109 sono note per avere una massa elevata, simile a quella di Giove, mentre solo 26 sono sulla scala di Nettuno. L’attenzione degli studiosi è stata catturata dall’abbondanza di Elementi Alfa in esse presenti – magnesio (Mg), silicio (Si), titanio (Ti). Rispetto alle quantità di Ferro (Fe), quelle degli Elementi Alfa e, del magnesio in particolare, sono consistentemente maggiori. Il dato non sembra in linea con le teorie ortodosse sulla genesi stellare.

La fusione dell’idrogeno, il meccanismo base della nucleosintesi stellare che permette alle stelle di produrre elio dall’idrogeno, non è un processo omogeneo. Nel senso che avviene in modi diversi a seconda della massa del pianeta. Le stelle di massa uguale o inferiore a quella del Sole trasformano idrogeno in elio mediante la catena protone-protone (un processo nucleare che trasforma l’idrogeno – i protoni – in nuclei di elio). Dal decadimento dei nuclei di elio, o Particelle Alfa, si ottengono successivamente gli Elementi Alfa, metalli pesanti come Mg, Si o Ti.

Nelle stelle più massicce, il meccanismo principale è il ciclo CNO (carbonio-azoto-ossigeno) in cui questi atomi si comportano da catalizzatori per la reazione di fusione dell’idrogeno in elio (questi elementi sono presenti anche nell’ambiente interstellare soprattutto a seguito dell’esplosione in supernova di corpi massicci). Tuttavia il ciclo CNO lascia perplessi molti astrofisici: le quantità di metalli pesanti presenti nelle generazioni successive di stelle non sono sempre costanti, come non è costante la presenza di elio, neon e altri metalli pesanti nell’atmosfera interstellare. Più in dettaglio, come spiegare la presenza di elementi non ferrosi anche negli stadi iniziali della vita di stelle non massicce, in cui la nucleosintesi avviene per mezzo della catena protone-protone?

Una correlazione tra stelle ricche di ferro ed esopianeti era già stata ipotizzata dagli astronomi grazie alle osservazioni della nebulosa di Orione. Contrariamente a quanto ci si aspetterebbe per le regioni di formazione stellare nei dintorni del Sole, ovvero una distribuzione dei metalli abbastanza uniforme, i dati che da qualche anno il Very Large Telescope dell’ESO (in Cile) suggeriscono un progressivo arricchimento di metalli (diversi dal Fe) da una generazione stellare all’altra. Ora, il team Centro de Astrofisica da Universidade do Porto (CAUP) ha ulteriori dati per corroborare questa ipotesi.

“I risultati indicano che alcuni metalli diversi dal ferro sono coinvolti nel processo di formazione dei pianeti, in particolare quando la quantità di ferro è inferiore. In questo modo si possono fornire forti vincoli per i modelli di formazione planetaria, specialmente per i pianeti con piccola massa”, commenta Vardan Zh. Adibekyan, il coordinatore del progetto di ricerca.

Tutti i pianeti, a prescindere dalla loro massa, necessitano di un quantitativo minimo di metalli per potersi formare; è probabile che per ciascun corpo celeste il quantitativo dipenda dalla distribuzione dei metalli nell’ambiente stellare, come dalla composizione della nube generata dall’eventuale esplosione in supernova che può precedere la formazione di un pianeta. La comprensione di questi rapporti, come la misurazione di questi dati, sono solo alcuni tra i rompicapi che impegneranno gli astrofisici in un futuro prossimo.

Informazioni bibliografiche complete si trovano in: V. Zh. Adibekyan, N. C. Santos, S. G. Sousa, G. Israelian, E. Delgado Mena, J. I. González Hernández, M. Mayor, C. Lovis, S. Udry, “Overabundance of α-elements in exoplanet-hosting stars”, Astronomy & Astrophysics, 2012; 543: A89 DOI: 10.1051/0004-6361/201219564.