GJ 3090 b è il primo pianeta mai confermato su un'orbita retrograda attorno a una nana rossa, con un angolo di 136° fra il suo piano orbitale e l'equatore della stella. La misura, pubblicata su Astronomy & Astrophysics, porta la firma di due dottorandi dell'Università di Ginevra.
Un sistema con tre pianeti attorno a una nana M2
Il pianeta ha un raggio pari a 2,2 volte quello terrestre, una massa di 4,5 masse terrestri e completa un'orbita in 2,9 giorni. Appartiene alla classe dei sub-Nettuni, la più abbondante fra gli esopianeti noti nella Galassia.
La stella ospite è una nana rossa di tipo M2, più piccola e fredda del Sole. Il sistema contiene altri due pianeti della stessa classe: un sub-Nettuno confermato con periodo di 16 giorni e un candidato con periodo di 13 giorni. Rilevato dal telescopio spaziale TESS attraverso i transiti, il pianeta è stato poi confermato dal gruppo guidato da Ginevra sfruttando l'effetto Rossiter-McLaughlin, la firma spettrale che compare quando un pianeta passa davanti a una stella in rotazione.
Primo caso per una nana rossa, misurato con NIRPS
Un disallineamento così forte, con il pianeta che gira in senso opposto alla stella, non era mai stato misurato attorno a una nana M. Il titolo del paper lo mette per iscritto: "Upside down: GJ 3090 b, the first retrograde exoplanet around an M dwarf detected with NIRPS". I dettagli operativi sono nel comunicato dell'Università di Ginevra.
Il risultato ha richiesto sei transiti osservati con NIRPS, lo spettrografo infrarosso installato sul telescopio da 3,6 metri dell'Osservatorio di La Silla, in Cile. Quattro di questi transiti sono stati seguiti in parallelo con HARPS, il suo gemello nel visibile. La scheda ESO sullo spettrografo NIRPS spiega perché serviva questo strumento: la luce di una nana rossa è troppo debole nelle lunghezze d'onda visibili per misurare l'effetto Rossiter-McLaughlin con la precisione richiesta, e l'infrarosso diventa l'unica strada praticabile.
A firmare lo studio come primo autore è Yann Carteret, dottorando al Dipartimento di Astronomia della Facoltà di Scienze dell'UNIGE e membro del polo di ricerca nazionale svizzero NCCR PlanetS. Coautrice è Léna Parc, anch'essa dottoranda nello stesso dipartimento, che ha curato la parte strumentale. L'interpretazione fisica è firmata dal senior lecturer Vincent Bourrier. È lo schema che ricorre in molte scoperte di esopianeti recenti: la misura la fa chi sta facendo il dottorato, come già visto per il pianeta nato da una stella morta trovato da un dottorando di Warwick.
Cosa cambia per i modelli di formazione planetaria
Dei sei sistemi multiplanetari noti con un pianeta fortemente disallineato (oltre 70°), GJ 3090 è l'unico in cui non si trova un perturbatore massiccio: niente stella compagna lontana, niente pianeta esterno abbastanza grande da aver riorientato l'orbita dopo la nascita. I ricercatori arrivano a questa conclusione combinando velocità radiali, immagini ad alta risoluzione e dati della missione Gaia dell'ESA. È il contrario della configurazione osservata, per esempio, nel sistema di HD 156295 b, il gigante da 6 masse di Giove in zona abitabile, dove gli attori gravitazionali in gioco sono noti.
Lo scenario proposto dagli autori sposta il problema alla formazione stessa del sistema: la stella avrebbe accresciuto, in una fase tardiva, un secondo disco di gas e polveri con un verso di rotazione diverso dal primo, e i pianeti sarebbero nati in quel disco disallineato per poi migrare verso l'interno. Resta un'ipotesi da verificare, ma è compatibile con l'assenza del perturbatore massiccio.
Il banco di prova dei modelli di formazione planetaria si sposta così sulle nane rosse, che sono il tipo di stella più diffuso nella Galassia. Con NIRPS operativo e misure analoghe replicabili su altri sistemi, l'origine primordiale dei disallineamenti diventa un programma di ricerca concreto, non più un'ipotesi di scuola. Il tipo di lavoro che oggi attira anche i progetti studenteschi dei corsi di astrofisica, come il recente esperimento Space Puffin degli studenti di Glasgow.
Il prossimo passo per questo sistema passa dall'atmosfera: le osservazioni JWST già pubblicate indicano un involucro ricco di metalli, e nuovi transiti serviranno a capire se il disco secondario ha lasciato altre tracce chimiche nei pianeti del sistema.