Nel sistema Toi-791, una rara coppia di super-puff offre agli astronomi un laboratorio naturale per studiare atmosfere estreme, risonanze orbitali e formazione dei sistemi extrasolari
Due pianeti grandi quasi quanto Giove hanno una densità così bassa da ricordare una nuvola di panna montata. Si chiamano Toi-791 b e Toi-791 c e orbitano attorno a Toi-791, una stella nana di tipo F7 a circa 1.110 anni luce dalla Terra, nella costellazione australe del Pesce volante. Lo studio, pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, li inserisce tra i rari pianeti super-puff, mondi giganti, gonfi e rarefatti che aiutano gli astronomi a capire meglio la formazione dei sistemi planetari. Le loro densità, pari a 0,038 e 0,047 grammi per centimetro cubo, risultano decine di volte inferiori a quella di Giove. La scoperta nasce dalla collaborazione tra Università di Oxford, Université Côte d’Azur, Università di Birmingham, telescopi spaziali e osservatori terrestri.
I primi segnali arrivano dal progetto di citizen science Planet Hunters Tess, con il contributo degli astrofili italiani Franco Mallia e Aldo Zapparata dell’Osservatorio di Campo Catino. Decisivo anche il telescopio antartico Astep, capace di seguire transiti lunghi oltre undici ore. Ora gli astronomi guardano al James Webb Space Telescope per analizzare le atmosfere di questi due mondi estremi.
Se vuoi andare oltre alla sintesi della nostra notizia leggi qui di seguito l’approfondimento:
Due pianeti grandi quanto Giove e con una densità tanto bassa da ricordare una nuvola di panna montata. Occupano molto spazio, contengono poca materia rispetto al loro volume e, secondo gli astrofisici, mostrano atmosfere enormi, gonfie, dilatate fino a trasformarli in due dei mondi più rarefatti mai osservati.
Si chiamano Toi-791 b e Toi-791 c e orbitano attorno a Toi-791, una stella nana di tipo F7 situata a circa 1.110 anni luce dalla Terra, nella costellazione australe del Pesce volante. Appartengono alla famiglia dei pianeti super-puff, una classe rara di esopianeti giganti che gli astronomi studiano con grande attenzione perché mette alla prova i modelli sulla formazione e sull’evoluzione dei sistemi planetari.
Lo studio compare sulle pagine della rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society e nasce da una collaborazione internazionale guidata dall’Università di Oxford, dall’Université Côte d’Azur, dall’Observatoire de la Côte d’Azur e dall’Università di Birmingham. Il lavoro ha unito dati raccolti nello spazio, osservazioni da terra, telescopi distribuiti in diversi continenti e il contributo dell’Antartide, dove il telescopio Astep ha seguito transiti planetari lunghissimi con una continuità quasi impossibile in altri luoghi del pianeta.
Indice
- 1 Perché questi due mondi sembrano così leggeri?
- 2 Che cosa sono i pianeti super-puff?
- 3 Perché due super-puff nello stesso sistema contano così tanto?
- 4 Quale danza gravitazionale lega Toi-791 b e Toi-791 c?
- 5 Come hanno contribuito i cittadini-scienziati?
- 6 Perché l’Antartide ha fatto la differenza?
- 7 Quale mistero resta aperto?
- 8 Che cosa potrà cercare il James Webb?
- 9 Perché questa scoperta parla del nostro modo di fare scienza?
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Perché questi due mondi sembrano così leggeri?
Toi-791 b e Toi-791 c hanno dimensioni vicine a quelle di Giove, ma la loro densità racconta un’altra storia. Toi-791 b raggiunge 0,038 grammi per centimetro cubo, mentre Toi-791 c arriva a 0,047 grammi per centimetro cubo. Giove, per confronto, ha una densità media di circa 1,33 grammi per centimetro cubo. La Terra arriva a circa 5,5 grammi per centimetro cubo.
La differenza aiuta a capire il carattere estremo della scoperta. A parità di volume, questi pianeti concentrano molta meno materia rispetto ai giganti gassosi più familiari. Sembrano enormi, ma la loro struttura media appare rarefatta, vaporosa, dominata da strati gassosi estesi.
Per renderli comprensibili al lettore, si può immaginare una coppia di mondi con l’ingombro di giganti planetari e la leggerezza apparente di una nuvola di panna montata. La similitudine riguarda la densità media, non la composizione. I pianeti restano corpi astronomici dominati da gas, gravità, atmosfera e processi fisici estremi. L’immagine della panna montata aiuta a visualizzare il dato centrale della scoperta, fatto di tanto volume e pochissima materia distribuita in modo molto diluito.
Che cosa sono i pianeti super-puff?
Gli astronomi chiamano super-puff i pianeti con raggi molto grandi e masse relativamente contenute. Il risultato produce densità eccezionalmente basse. Questi mondi sembrano gonfi oltre misura, come se un nucleo relativamente modesto avesse raccolto attorno a sé un involucro gigantesco di gas.
L’ipotesi più studiata descrive atmosfere composte soprattutto da idrogeno ed elio, molto più estese rispetto a quelle dei pianeti rocciosi e capaci di rappresentare una quota importante della massa complessiva. I super-puff avrebbero così preso forma in regioni fredde del disco protoplanetario, lontano dalla stella giovane. In quelle zone il gas poteva raffreddarsi, accumularsi rapidamente attorno a un nucleo solido e creare involucri molto ampi.
Toi-791 b e Toi-791 c portano questa spiegazione in una zona estrema. I due pianeti hanno densità così basse da spingere gli astronomi a chiedersi come abbiano accumulato atmosfere tanto grandi e come abbiano conservato una struttura così gonfia nel tempo.
Perché due super-puff nello stesso sistema contano così tanto?
La scoperta assume un valore particolare perché i due pianeti orbitano attorno alla stessa stella. Gli astronomi conoscono pochi sistemi con più pianeti super-puff. La presenza di Toi-791 b e Toi-791 c nello stesso ambiente offre quindi un confronto naturale tra due mondi nati, con molta probabilità, dallo stesso disco di gas e polveri.
Questa parentela cosmica permette di studiare differenze e somiglianze con maggiore precisione. I due pianeti condividono la stessa stella, la stessa storia iniziale e lo stesso contesto gravitazionale. Le loro caratteristiche aiutano a capire quanto contino la posizione orbitale, la massa, la distanza dalla stella e la composizione dell’atmosfera nel destino di un pianeta gigante.
George Dransfield, dell’Università di Oxford e prima autrice dello studio, sottolinea proprio questo aspetto. «Solo una manciata di questi pianeti super-gonfi risulta conosciuta, e trovarne due nello stesso sistema rappresenta un caso ancora più raro». Le loro densità bassissime li trasformano in bersagli preziosi per capire come si formano e come evolvono i sistemi planetari.
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Quale danza gravitazionale lega Toi-791 b e Toi-791 c?
I due pianeti seguono una relazione orbitale molto ordinata. Gli astronomi parlano di risonanza di moto medio 5:3. Ogni cinque orbite completate dal pianeta più interno, il pianeta esterno ne completa tre. Questa sincronizzazione crea una danza gravitazionale regolare, nella quale i due corpi si richiamano a vicenda con un ritmo ripetuto.
La risonanza lascia una traccia osservabile nei tempi di transito. Quando un pianeta passa davanti alla propria stella, dal punto di vista della Terra, la luce stellare cala leggermente. Gli astronomi misurano questi cali e ricavano informazioni su dimensioni, orbite e caratteristiche del pianeta.
Nel sistema Toi-791, i passaggi davanti alla stella mostrano piccoli anticipi e ritardi. La gravità reciproca dei due pianeti produce queste variazioni. Proprio l’analisi di quei cambiamenti minimi ha consentito al gruppo di ricerca di stimare le masse e calcolare le densità. I due pianeti si sono rivelati anche attraverso il modo in cui si influenzano con regolarità.
Come hanno contribuito i cittadini-scienziati?
La partecipazione pubblica alla ricerca ha avuto un ruolo importante nella scoperta. I primi segnali di Toi-791 b e Toi-791 c arrivano dal progetto Planet Hunters Tess, una iniziativa di citizen science che coinvolge volontari nell’analisi dei dati raccolti dal satellite Tess della Nasa.
Tess osserva milioni di stelle e cerca minuscoli cali di luminosità. Quei cali possono indicare il passaggio di un pianeta davanti alla stella. I volontari di Planet Hunters Tess hanno individuato i due candidati in momenti diversi, nel 2019 e nel 2023. Dopo questa prima selezione, i ricercatori hanno avviato una lunga campagna di conferma con telescopi distribuiti in tutto il mondo.
Alla rete di follow-up hanno partecipato anche gli astrofili italiani Franco Mallia e Aldo Zapparata dell’Osservatorio di Campo Catino. Il loro contributo si inserisce in una rete internazionale nella quale astronomi professionisti, osservatori specializzati e appassionati esperti lavorano sugli stessi dati, con metodi condivisi e obiettivi comuni.
Questa parte della storia mostra un aspetto importante dell’astronomia moderna. Una scoperta di frontiera può nascere dall’incontro tra satelliti spaziali, telescopi terrestri, basi remote, università e comunità di cittadini-scienziati. La ricerca sugli esopianeti cresce anche grazie a questa capacità di sommare competenze, strumenti e sguardi diversi.
Perché l’Antartide ha fatto la differenza?
La conferma delle proprietà di Toi-791 b e Toi-791 c ha richiesto circa otto anni di osservazioni. Un ruolo decisivo arriva dalla Stazione Concordia, nel cuore dell’Antartide, dove opera il telescopio Astep, acronimo di Antarctic Search for Transiting ExoPlanets.
Astep lavora in un ambiente estremo, ma proprio quell’ambiente offre un vantaggio scientifico prezioso. Durante l’inverno polare, il Sole resta sotto l’orizzonte per mesi. Gli astronomi possono seguire il cielo per tempi lunghi, con una continuità che molti osservatori terrestri perdono a causa dell’alternanza tra giorno e notte.
Nel caso di Toi-791, questa continuità ha contato moltissimo. I transiti dei due pianeti durano oltre undici ore ciascuno. Un osservatorio collocato in molte altre regioni del mondo avrebbe dovuto interrompere la sequenza osservativa. Dalla Stazione Concordia, invece, Astep ha potuto seguire l’intero passaggio dei pianeti davanti alla stella in una sola osservazione continua.
Il gruppo di ricerca considera questi transiti tra i più lunghi mai osservati integralmente da terra. L’Antartide, con la sua notte estesa e la sua posizione estrema, ha trasformato una difficoltà logistica in un vantaggio scientifico.
Quale mistero resta aperto?
Toi-791 b e Toi-791 c aiutano gli astronomi a formulare domande più precise. La prima riguarda la formazione. Pianeti così gonfi potrebbero aver accumulato grandi quantità di gas in regioni fredde del disco protoplanetario, per poi raggiungere orbite diverse nel corso del tempo. La seconda riguarda la conservazione dell’atmosfera. Involucri gassosi così estesi subiscono l’azione della radiazione stellare e della dinamica orbitale. La loro presenza, ancora oggi, suggerisce processi di evoluzione planetaria più ricchi e articolati.
Il punto scientifico più interessante riguarda proprio questo equilibrio. I super-puff sembrano fragili, ma conservano atmosfere enormi. Appaiono rarefatti, ma resistono come sistemi fisici coerenti. Mostrano densità bassissime, ma continuano a orbitare in una configurazione stabile e leggibile. La loro esistenza invita i ricercatori ad aggiornare i modelli, migliorare le simulazioni e raccogliere misure più fini.
La scoperta offre una prospettiva utile. Ogni pianeta estremo allarga il catalogo delle possibilità e aiuta a capire quali percorsi la natura può seguire per costruire mondi molto diversi da quelli del Sistema solare.
Che cosa potrà cercare il James Webb?
Il prossimo passo guarda al James Webb Space Telescope. Durante un transito, una piccola parte della luce della stella attraversa l’atmosfera del pianeta prima di arrivare agli strumenti. Le molecole presenti nei gas assorbono alcune lunghezze d’onda e lasciano impronte chimiche nello spettro.
Questa tecnica permette di cercare composti legati a carbonio, azoto e ossigeno. Le atmosfere dei super-puff, proprio perché molto estese, offrono un bersaglio ideale per la spettroscopia. Più grande risulta l’involucro gassoso, più forte può apparire il segnale lasciato nella luce stellare.
Amaury Triaud, dell’Università di Birmingham, responsabile scientifico del progetto Astep e coautore dello studio, indica questa strada. «Questo sistema offre un laboratorio unico per comprendere come si formano ed evolvono i pianeti super-puff». Le osservazioni con il James Webb potrebbero rivelare la composizione delle atmosfere e aiutare a ricostruire il luogo di formazione dei due mondi.
La composizione chimica può raccontare molto. Alcune molecole indicano temperature, materiali disponibili e condizioni del disco protoplanetario. Capire quali gas circondano Toi-791 b e Toi-791 c significa leggere una parte della loro storia, dal momento della nascita alle orbite attuali.
Perché questa scoperta parla del nostro modo di fare scienza?
La coppia di Toi-791 racconta una storia scientifica fatta di dati, pazienza e collaborazione. I primi segnali arrivano dai volontari di Planet Hunters Tess. La conferma richiede telescopi da terra, osservazioni spaziali, strumenti in più continenti e una base antartica capace di seguire transiti lunghissimi. Gli astronomi mettono insieme questi tasselli e trasformano variazioni minime nella luce di una stella in un ritratto fisico di due pianeti lontanissimi.
Tristan Guillot, dell’Université Côte d’Azur, evidenzia proprio il valore della collaborazione internazionale. Sistemi multiplanetari come questo hanno interazioni gravitazionali che cambiano su scale temporali lunghe, anche di decenni. Servono quindi osservazioni ripetute, reti stabili e strumenti capaci di seguire il sistema nel tempo.
Link utili:
Due mondi giganti più leggeri dello zucchero filato – MEDIA INAF
ASTEP confirmation of a pair of long-period Jupiter-sized planets with extremely low densities transiting TOI-791 | Monthly Notices of the Royal Astronomical Society | Oxford Academic
Note per i lettori
Un pianeta super puff ricreato da un sistema AI
