Un incontro ravvicinato con un’altra stella può strappare un pianeta alla sua orbita e lanciarlo nello spazio interstellare. Ma che fine fanno le sue lune? Nuove simulazioni mostrano che molte potrebbero rimanere sorprendentemente fedeli al loro pianeta, continuando a viaggiare insieme nel buio della Galassia.
Nella Via Lattea potrebbero esistere miliardi di pianeti che non orbitano attorno ad alcuna stella. Sono i cosiddetti pianeti vagabondi, o rogue planets: mondi espulsi dai sistemi planetari nei quali si erano formati e condannati a percorrere lo spazio interstellare senza un Sole che li illumini.
Ma se uno di questi pianeti possedesse delle lune, che cosa accadrebbe ai suoi satelliti durante la violenta espulsione?
La risposta è meno scontata di quanto si potrebbe immaginare. Secondo un nuovo studio condotto da Yannick Badoux e Simon Portegies Zwart dell’Osservatorio di Leiden, nei Paesi Bassi, molte lune potrebbero infatti sopravvivere al cataclisma gravitazionale e continuare a orbitare intorno al loro pianeta anche dopo che quest’ultimo è stato scagliato fuori dal proprio sistema stellare.
Quando una stella “ruba” un pianeta
Uno dei possibili meccanismi attraverso cui nasce un pianeta vagabondo è l’incontro ravvicinato tra due stelle.
Immaginiamo un sistema planetario simile al nostro. Se un’altra stella transitasse abbastanza vicino, la sua attrazione gravitazionale potrebbe sconvolgere le orbite dei pianeti. In alcuni casi uno di essi potrebbe acquistare abbastanza energia da sfuggire completamente alla gravità della propria stella, iniziando un viaggio solitario attraverso la Galassia.
Badoux e Portegies Zwart hanno studiato proprio questo scenario attraverso migliaia di simulazioni numeriche di incontri stellari, analizzando contemporaneamente il destino del pianeta e quello della sua eventuale luna. Secondo Phys.org, sono stati simulati quasi 34.000 incontri, variando distanze, geometrie e configurazioni orbitali.
Il risultato principale è sorprendente: essere espulso dal proprio sistema stellare non significa necessariamente perdere anche le proprie lune. Tutto dipende soprattutto dalla distanza alla quale il satellite orbita intorno al pianeta.
Il confine invisibile attorno a ogni pianeta
Per capire il fenomeno bisogna introdurre un concetto fondamentale della meccanica celeste: il raggio di Hill. Ogni pianeta possiede intorno a sé una regione nella quale la sua attrazione gravitazionale domina rispetto a quella della stella. Un satellite deve trovarsi sufficientemente all’interno di questa zona per poter rimanere stabilmente legato al pianeta.
Possiamo immaginarla come una sorta di recinto gravitazionale. Le simulazioni indicano che le lune che orbitano entro circa il 40% del raggio di Hill hanno elevate possibilità di restare con il pianeta durante l’espulsione. Avvicinandosi invece a circa il 45-50% di questo limite, la probabilità di sopravvivenza diminuisce rapidamente.
In altre parole, più una luna è vicina al proprio pianeta, più forte è il legame gravitazionale che le unisce. E questo potrebbe avere conseguenze spettacolari se applicassimo lo scenario al nostro Sistema Solare.
Se Giove venisse espulso dal Sistema Solare
Prendiamo Giove e i suoi quattro grandi satelliti galileiani: Io, Europa, Ganimede e Callisto.
Io, per esempio, orbita a una distanza corrispondente a meno dell’1% del raggio di Hill di Giove. È quindi profondamente immersa nel dominio gravitazionale del gigante gassoso. Le simulazioni suggeriscono che se un incontro stellare riuscisse, per ipotesi, a strappare Giove al Sole, tutti e quattro i principali satelliti potrebbero essere trascinati via insieme al pianeta.
Nascerebbe così una sorta di minuscolo sistema planetario errante: Giove e le sue lune continuerebbero a orbitare reciprocamente mentre l’intero gruppo vagherebbe nello spazio interstellare. Non sarebbe quindi necessariamente un pianeta completamente solo.
Le orbite raccontano la storia dell’espulsione
Lo studio ha inoltre scoperto che l’orbita delle lune sopravvissute potrebbe conservare una sorta di memoria gravitazionale dell’evento che ha espulso il sistema.
Le lune vicine al pianeta tendono infatti a conservare orbite quasi circolari e poco inclinate. Quelle più lontane, invece, possono uscire dall’incontro con orbite maggiormente eccentriche o inclinate. Ancora più evidente potrebbe essere la differenza rispetto a un altro possibile meccanismo di espulsione: le interazioni violente tra pianeti giganti all’interno dello stesso sistema.
Secondo gli autori, gli incontri stellari sembrano preservare le lune più efficacemente rispetto allo scattering pianeta-pianeta. Le caratteristiche orbitali di eventuali satelliti scoperti attorno a pianeti vagabondi potrebbero quindi aiutare gli astronomi a ricostruire come quel pianeta sia stato espulso dal proprio sistema originario.
Un possibile sistema già osservato
I ricercatori hanno applicato il loro modello anche a un oggetto particolarmente interessante individuato attraverso il fenomeno della microlente gravitazionale, denominato MOA-2011-BLG-262L.
Una delle possibili interpretazioni delle osservazioni è che si tratti di un pianeta vagabondo accompagnato da un satellite di massa inferiore a quella terrestre, anche se i dati permettono ancora spiegazioni alternative.
Le simulazioni suggeriscono che, se questa interpretazione fosse corretta, il sistema potrebbe essersi originariamente formato a una distanza dalla propria stella compresa approssimativamente tra 1,3 e 5,9 unità astronomiche, con una preferenza statistica intorno a 5,2 UA per una stella simile al Sole. Curiosamente, è quasi esattamente la distanza alla quale Giove orbita intorno al Sole.
Oceani nel buio interstellare?
Esiste infine una conseguenza ancora più affascinante. Una luna espulsa insieme al proprio pianeta perderebbe quasi completamente l’energia proveniente dalla stella. Questo non significa però che diventerebbe necessariamente un mondo completamente congelato.
Alcuni satelliti possono infatti essere riscaldati dall’interno attraverso le forze di marea generate dalla gravità del pianeta. Europa rappresenta l’esempio più famoso nel nostro Sistema Solare. Sotto la sua crosta ghiacciata si ritiene esista un vasto oceano di acqua liquida, mantenuto almeno in parte dall’energia prodotta dalle deformazioni mareali dovute soprattutto alla gravità di Giove e alle interazioni con gli altri satelliti.
Se un sistema simile venisse espulso nello spazio interstellare, questa fonte di energia gravitazionale non scomparirebbe automaticamente. In linea teorica, dunque, nella Galassia potrebbero esistere pianeti giganti vagabondi accompagnati da lune ghiacciate con oceani liquidi nascosti sotto la superficie.
Questo non significa che tali ambienti siano necessariamente abitabili, né tantomeno che ospitino forme di vita. Ma amplia notevolmente il panorama dei luoghi nei quali gli astrobiologi potrebbero immaginare condizioni compatibili con acqua liquida. Il buio tra le stelle, insomma, potrebbe essere meno deserto di quanto sembri.
Le future campagne di osservazione tramite microlensing e i nuovi strumenti per l’imaging diretto potrebbero riuscire a individuare satelliti di massa comparabile alle grandi lune di Giove intorno a pianeti vagabondi. Se accadesse, avremmo non solo la prova dell’esistenza di veri e propri sistemi pianeta-luna alla deriva nella Galassia, ma anche nuovi indizi sulla turbolenta storia che li ha condotti lontano dalla loro stella.
Stefano Camilloni
