Due corpi celesti immensi e straordinariamente rarefatti orbitano attorno a una stella distante, con una consistenza tanto impalpabile da mettere in discussione il buon senso comune. Si tratta di TOI-791 b e TOI-791 c, due mondi dalle dimensioni paragonabili a Giove ma con una densità inferiore persino a quella dello zucchero filato. Un paragone che potrebbe sembrare uscito da un parco divertimenti cosmico, ma che nasce invece da una ricerca scientifica pubblicata sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Il sistema planetario si colloca nella costellazione meridionale del Pesce Volante, a una distanza di circa 1.110 anni luce dal nostro pianeta. L’astro attorno a cui ruotano, denominato TOI-791, è una stella nana di categoria spettrale F7: calda e per certi versi affine al nostro Sole. I due pianeti gassosi che le orbitano attorno appartengono alla categoria dei pianeti super-puff, mondi caratterizzati da una struttura incredibilmente diluita e da atmosfere talmente vaste da farli sembrare molto più massicci di quanto realmente siano.
Enormi, rigonfi, incredibilmente leggeri
Paragonarli a Giove aiuta a comprendere quanto sia sorprendente questa scoperta. Il gigante del nostro sistema solare ha una densità media di circa 1,33 grammi per centimetro cubo. TOI-791 b si ferma invece a soli 0,038 grammi per centimetro cubo, mentre TOI-791 c raggiunge appena 0,047. In termini più comprensibili: parliamo di corpi celesti da 28 a 35 volte meno densi di Giove, valori che rimangono al di sotto persino di quelli tipici dello zucchero filato, stimato attorno a 0,05 grammi per centimetro cubo.
Anche i dati sulla massa raccontano qualcosa di insolito. Stando a quanto riportato dalla NASA, TOI-791 b possiede dimensioni quasi identiche a Giove pur contenendo solamente il 3% della sua massa. TOI-791 c risulta addirittura più voluminoso di Giove, ma con appena il 5,9% della sua massa. Si tratta esattamente del tipo di oggetto celeste che spinge gli scienziati a rivedere i propri modelli teorici: le formule matematiche continuano a funzionare, eppure la natura sembra aver scelto una strada tutta sua.
I due esopianeti vengono considerati veri e propri gemelli cosmici, nati probabilmente dallo stesso disco di gas e polveri che circondava la stella ancora giovane. Condividono inoltre una particolare connessione orbitale, nota come risonanza 5:3: quando il pianeta più vicino alla stella completa cinque rivoluzioni, quello più esterno ne porta a termine quasi esattamente tre. Questa danza gravitazionale genera reciproche influenze, causando piccole variazioni nei tempi in cui i pianeti transitano davanti alla loro stella.
Una scoperta nata dal contributo dei cittadini
Il primo indizio è emerso analizzando i dati raccolti da TESS, il telescopio spaziale della NASA specializzato nella caccia agli esopianeti attraverso l’osservazione di minime riduzioni nella luminosità stellare. Quando un pianeta transita davanti al proprio astro, dal nostro punto di osservazione la luce diminuisce impercettibilmente. Se questo fenomeno si ripete con regolarità, può segnalare l’esistenza di un corpo celeste in orbita.
I due candidati pianeti sono stati identificati grazie all’impegno dei volontari coinvolti nel progetto Planet Hunters TESS, appassionati che analizzano manualmente i dati alla ricerca di segnali particolari sfuggiti agli algoritmi automatici o troppo peculiari per essere immediatamente classificati. È seguita poi una fase più laboriosa e meno spettacolare: osservazioni condotte da telescopi sparsi in vari continenti, calcoli precisi sulle dimensioni, stime accurate delle masse e studio approfondito delle variazioni temporali nei transiti.
In questa vicenda ha avuto un ruolo importante anche il continente antartico. Il telescopio ASTEP (Antarctic Search for Transiting ExoPlanets), situato presso la base Concordia, si è rivelato fondamentale. L’oscurità che caratterizza l’inverno antartico per diversi mesi consecutivi consente osservazioni ininterrotte praticamente impossibili altrove. Grazie a questa particolare condizione, gli astronomi sono riusciti a monitorare per intero transiti estremamente lunghi, superiori alle 11 ore, i più estesi mai registrati completamente da terra.
L’importanza scientifica di questi pianeti super-puff
I pianeti super-puff rappresentano ancora oggi un mistero irrisolto per l’astrofisica. Tra le teorie più accreditate figura quella di enormi atmosfere composte principalmente da idrogeno ed elio, formatesi quando questi pianeti si originarono nelle regioni più fredde del disco protoplanetario, lontano dalla stella centrale, dove il gas poteva raffreddarsi e condensarsi velocemente attorno a un nucleo roccioso. Un’ipotesi alternativa, più difficile da confermare, coinvolge la presenza di sistemi di anelli particolarmente estesi capaci di alterare la percezione delle reali dimensioni planetarie. Tuttavia, in un sistema che presenta due pianeti così simili tra loro, qualsiasi spiegazione deve dimostrarsi valida in entrambi i casi.
TOI-791 si trasforma così in un vero e proprio laboratorio cosmico. I due pianeti condividono lo stesso sistema, hanno un’origine comune, si influenzano reciprocamente dal punto di vista gravitazionale e presentano transiti perfettamente misurabili. Tutti elementi fondamentali per comprendere se questi mondi siano effettivamente rigonfi di atmosfera, se abbiano attraversato un processo di migrazione particolare, oppure se esista qualche altro meccanismo ancora da scoprire.
Il prossimo capitolo di questa ricerca potrebbe coinvolgere il telescopio spaziale James Webb. Le osservazioni condotte dallo spazio potrebbero individuare nell’atmosfera dei due pianeti molecole contenenti carbonio, azoto e ossigeno, indizi preziosi per ricostruire la composizione chimica e, con un pizzico di fortuna, la storia evolutiva di questi corpi celesti. In situazioni come questa, ogni piccolo dettaglio assume grande importanza: una traccia spettroscopica, una lieve variazione oraria, una curva di luminosità più precisa possono fare la differenza.
Fonte: NASA – Monthly Notices of the Royal Astronomical Society