Uno studio ricostruisce le origini del sistema planetario Kepler-36

Situata a 1530 anni luce dalla Terra nella costellazione del Cigno, è una stella simile al nostro Sole (un po' più calda e più vecchia di un paio di miliardi di anni), già nota per ospitare almeno due pianeti extrasolari: la super-Terra Kepler-36b e il niminettuno Kepler-36c. La peculiarità di questo sistema planetario è che i due mondi hanno orbite molto vicine. Ora, un nuovo studio ha cercato di determinare le loro condizioni fisiche per comprenderne il processo evolutivo.

I due pianeti furono scoperti nel 2012 da un team guidato da Josh Carter, del programma Hubble presso il Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics di Cambridge, e Eric Agol, professore di astronomia presso l'Università di Washington a Seattle, utilizzando i dati del telescopio spaziale della NASA Kepler.

Il pianeta più interno, Kepler-36b, orbita attorno alla sua stella ogni 13,8 giorni, mentre quello più esterno, Kepler-36c, ogni 16,2 giorni, separati nel momento del loro massimo avvicinamento solo da cinque distanze lunari (distanza media Terra-Luna nel nostro Sistema Solare).

Kepler-36b è catalogato come pianeta roccioso con 1,5 volte il raggio e 4,5 volte la massa della Terra; Kepler-36c è un gigante gassoso con 3,7 volte il raggio e 8 volte la massa della Terra.

James Owen dell'Institute for Advanced Study di Princeton e Timothy Mortom dell'Università di Princeton, basandosi sui dati di Kepler, si sono esibiti in una serie di complicati calcoli, che includono l'evaporazione e l'irraggiamento bolometrico della stella, per determinare le origini di questo sistema planetario.

Il team ha scoperto che Kepler-36b ha un nucleo ridotto per evaporazione inferiore al 10 per cento della massa iniziale, mentre Kepler-36c, essendo già in origine più massiccio, ha mantenuto alcune delle sue caratteristiche iniziali e circa il 15-30 per centro della sua massa iniziale. Entrambi avrebbero avuto un percorso di formazione simile ma Kepler-36c avrebbe vissuto, nei primi anni di vita, una lunga fase di raffreddamento durata più di 30 milioni di anni.
Pur risultando molto vicini tra loro, i due pianeti sono molto diversi per densità quindi, per ottenere la configurazione attuale, deve essere intervenuto qualche processo dopo circa sei miliardi di anni di evoluzione.

A prescindere dai risultati specfici, gli sforzi di Owen e Mortom potrebbe essere importanti per mettere a punto dei modelli sull'evoluzione dei pianeti extrasolari, basati su un campione più grande di sistemi planetari, mettendo in relazione le masse iniziali stimate con quelle attuali del nucleo. " Le osservazioni iniziali per questo tipo di esplorazione sono state fornite da Kepler ma la missione TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) promette un catalogo di dati ancora più grande", hanno dichiarato gli autori.

The initial physical conditions of Kepler-36 b & c [abstract]
The Kepler planetary system consists of two exoplanets at similar separations (0.115 & 0.128 AU), which have dramatically different densities. The inner planet has a density consistent with an Earth-like composition, while the outer planet is extremely low-density, such that it must contain a voluminous H/He envelope. Such a density difference would pose a problem for any formation mechanism if their current densities were representative of their composition at formation. However, both planets are at close enough separations to have undergone significant evaporation in the past. We constrain the core-mass, core composition, initial envelope-mass, and initial cooling-time of each planet using evaporation models conditioned on their present-day masses and radii, as inferred from Kepler photometry and transit timing analysis. The inner planet is consistent with being an evaporatively stripped core, while the outer planet has retained some of its initial envelope due to its higher core-mass. Therefore, both planets could have had a similar formation pathway, with the inner planet having an initial envelope-mass fraction of ≲10% and core-mass of ∼4.4 M⊕, while the outer had an initial envelope-mass fraction of order 15-30\% and core-mass ∼7.3 M⊕. Finally, our results indicate that the outer planet had a long (≳30 Myr) initial cooling-time, much longer than would naively be predicted from simple timescale arguments. The long initial cooling-time could be evidence for a dramatic early cooling episode such as the recently proposed "boil-off" process.