I pianeti “zucchero filato”: giganti ma leggeri

Un gruppo di ricerca internazionale ha individuato una coppia di esopianeti grandi come Giove, ma incredibilmente meno pesanti. Si tratta dei cosiddetti pianeti "super-puff", corpi gassosi così rarefatti da risultare meno densi persino dello zucchero filato.

A guidare lo studio è stato un team dell'Università di Oxford, in collaborazione con l'Université Côte d'Azur (Observatoire de la Côte d'Azur) e l'Università di Birmingham. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Due "gemelli" attorno a una stella lontana

I due pianeti, battezzati TOI-791 b e TOI-791 c, ruotano attorno a una stella nana di tipo F7 situata a circa 1.110 anni luce dalla Terra, nella costellazione meridionale del Volante. Le loro dimensioni sono paragonabili a quelle di Giove, ma la somiglianza finisce qui: TOI-791 b ha una densità di appena 0,038 grammi per centimetro cubo, mentre TOI-791 c arriva a 0,047 grammi per centimetro cubo.

Per dare un'idea della rarefazione di questi mondi, basti pensare che Giove ha una densità media di 1,33 grammi per centimetro cubo — da 28 a 35 volte superiore. Anche lo zucchero filato, che si attesta intorno a 0,05 grammi per centimetro cubo, risulta più "compatto" di questi pianeti. La Terra, per confronto, ha una densità di 5,5 grammi per centimetro cubo, oltre cento volte quella di TOI-791 b. Si tratterebbe dei gas giganti più "leggeri" individuati fino a oggi.

Nati insieme, ma orbita diversa

I due pianeti sarebbero nati insieme, formandosi dallo stesso disco di gas e polvere che circondava la loro stella ancora giovane. A legarli è anche una rara danza gravitazionale, nota come risonanza di moto medio 5:3: mentre il pianeta più interno compie cinque orbite, quello esterno ne completa quasi esattamente tre. Questo continuo "tira e molla" gravitazionale produce piccoli ma misurabili scostamenti nei tempi di transito davanti alla stella, una traccia che gli scienziati hanno saputo leggere con precisione.

Confronto tra gli esopianeti del sistema TOI-791 e i pianeti del nostro sistema solare. © NASA/Daniel Rutter

Una scoperta nata "dal basso"

Sistemi con più pianeti super-puff al loro interno sono estremamente rari: se ne conoscono solo altri quattro in tutta la galassia osservata finora. Questo rende TOI-791 un caso di studio prezioso per capire come nascono ed evolvono questi corpi celesti fuori scala. La dottoressa George Dransfield, autrice principale dello studio (Dipartimento di Fisica dell'Università di Oxford, nota anche per le sue apparizioni nel programma televisivo BBC Sky at Night), ha spiegato che pianeti di questo tipo sono pochissimi e trovarne due nello stesso sistema è un evento ancora più insolito: la loro densità così bassa li rende oggetti di grande interesse per chi studia la nascita e l'evoluzione dei sistemi planetari.

I due corpi celesti sono stati avvistati per la prima volta non da astrofisici professionisti, ma da volontari del progetto di "Citizen science Planet Hunters TESS", che si dedicano ad analizzare i dati raccolti dal satellite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) della NASA. TOI-791 b è stato segnalato nel 2019, TOI-791 c nel 2023.

Solo in seguito i ricercatori hanno potuto calcolare con precisione la massa e le dimensioni dei due pianeti, incrociando osservazioni provenienti da telescopi di tutto il mondo. Il metodo si basa sul cosiddetto transito: quando un pianeta passa davanti alla propria stella, ne attenua leggermente la luce, e l'intensità di questa attenuazione permette di stimarne le dimensioni. In questo caso, però, gli scienziati hanno potuto osservare anche minuscole variazioni nei tempi dei transiti, generate dall'influenza gravitazionale reciproca dei due pianeti. È stata proprio questa analisi a permettere di calcolarne le masse e, di conseguenza, le densità così sorprendentemente basse.

Il ruolo dell'Antartide

Dietro la scoperta ci sono otto anni di osservazioni, rese possibili anche dal telescopio ASTEP (Antarctic Search for Transiting ExoPlanets), installato presso la stazione di ricerca Concordia, in Antartide, e gestito da un consorzio internazionale che comprende l'Université Côte d'Azur.

Proprio l'inverno antartico, con i suoi mesi di buio quasi ininterrotto, ha offerto un vantaggio decisivo: ha permesso di osservare per intero, senza interruzioni, transiti planetari lunghissimi — oltre 11 ore ciascuno. Si tratta dei transiti più lunghi mai catturati integralmente da un osservatorio terrestre.

Pianeti "gonfi": un mistero ancora aperto

Resta da capire come si formino esattamente i pianeti super-puff. Una delle ipotesi più accreditate è che possiedano atmosfere enormi, composte soprattutto da idrogeno ed elio, che costituirebbero gran parte della loro massa complessiva. Queste atmosfere potrebbero essersi formate nelle zone più fredde e periferiche del disco protoplanetario, lontano dalla stella, dove il gas si raffredda e si accumula più facilmente attorno a un nucleo solido.

I ricercatori puntano ora a nuove osservazioni per chiarire l'origine di questi pianeti ed escludere alcune delle ipotesi oggi sul tavolo. Il professor Amaury Triaud, dell'Università di Birmingham e responsabile scientifico britannico del progetto ASTEP, ha sottolineato che il sistema TOI-791 rappresenta un laboratorio ideale per studiare la nascita e l'evoluzione di questi pianeti e ha annunciato l'intenzione di richiedere tempo osservativo al telescopio spaziale James Webb, per verificare se le atmosfere "spugnose" dei due pianeti contengano composti ricchi di carbonio, azoto e ossigeno — un dato che potrebbe far luce sulle origini di questi mondi così particolari.