I Troiani di Giove, noti anche come coorbitali, sono piccoli corpi che condividono l’orbita di Giove. Essenzialmente orbitano intorno ai punti lagrangiani L4 e L5 che anticipano e seguono il pianeta, rispettivamente a una distanza angolare di circa 60°. Al 26 gennaio 2022, 11.552 oggetti sono catalogati dal Minor Planet Center (MPC) e sono il secondo gruppo più numeroso, dopo la Fascia Principale. Oltre all’importanza numerica, i Troiani di Giove mostrano anche molte caratteristiche fisiche e dinamiche peculiari, che hanno fornito scorci nella storia antica del Sistema solare esterno, ad esempio, la formazione e l’evoluzione dei pianeti giganti. Verso di loro si sta dirigendo la missione Lucy della Nasa, lanciata nel 2021.
[NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)]
Formazione ancora non chiara
Ci sono vari studi sull’origine degli asteroidi Troiani nel modello di formazione del Sistema Solare. Prima del Modello di Nizza (2005), si pensava che i Troiani di Giove fossero una popolazione di planetesimi vicina all’orbita del proto-Giove, catturata in quella posizione durante le fasi di formazione. L’aumento della massa di Giove causò l’espansione di entrambe le regioni L4 e L5, e una grande quantità di planetesimi rimase intrappolata in orbite stabili di tipo troiano. In seguito, è stato proposto che il movimento radiale di pianeti giganti abbia sparso planetesimi ghiacciati nel Sistema Solare esterno a formare l’attuale Fascia di Kuiper. Alcuni però sarebbero caduti verso l’interno a causa della resistenza del gas e catturati nei punti di equilibrio del proto-Giove.
Un’asimmetria concreta
Nell’attuale configurazione del Sistema Solare, i due sciami mostrano stabilità dinamica e proprietà di sopravvivenza quasi identica, portando gli scienziati a credere che le differenze siano sorte durante il giovane Sistema Solare. Sin dai primi censimenti, tuttavia, gli astronomi notarono come ci fosse un’evidente differenza numerica tra la popolazione in L4 e L5, stimata in un rapporto iniziale intorno a 1,6. L’asimmetria apparve molto misteriosa e tale è rimasta. Inizialmente pensarono che la causa fosse un censo incompleto, tuttavia la scoperta di numerosi nuovi oggetti, non solo ha confermato l’asimmetria ma l’ha persino accentuata, attestandosi ora a un rapporto di 1,8.
Per cercare di spiegare il fenomeno sono stati proposti due studi in accordo a considerazioni dinamiche. Il primo studio, del 2013, considera la presenza di un pianeta in più, simile a Urano, espulso dal Sistema Solare dopo un incontro con Giove. Il secondo scenario, presentato nel 2019, riproduce l’asimmetria L4/L5 tramite la cattura degli asteroidi troiani in una fase precoce. A causa dell’interazione con il disco gassoso, il proto-Giove subisce contemporaneamente migrazione e crescita e inizia a intrappolare troiani. Nel caso di una rapida migrazione verso l’interno di Giove, la deriva relativa tra pianeta e particelle coorbitali, causerebbe l’eccesso in L4 delle orbite a staffa di tali oggetti. Pur interessanti, entrambe le ipotesi non sono pienamente soddisfacenti. Comprendere la causa dell’asimmetria numerica tra i due sciami di asteroidi troiani può fornire importanti indizi sull’evoluzione iniziale del Sistema Solare.
Una nuova ipotesi
Adesso uno studio guidato da Jian Li dell’Università di Nanjing, pubblicato su Astronomy & Astrophysics, propone una nuova ipotesi sostenuta da simulazioni numeriche. Nello specifico, lo studio esplora il meccanismo che invoca lo scenario del “Giove saltante”, introducendo l’evoluzione orbitale del pianeta causata dall’instabilità nel sistema planetario primordiale. In questo scenario, Giove subisce una rapidissima migrazione verso l’esterno, assimilabile a salti di orbita. Tale veloce migrazione determina l’entità della popolazione nei due sciami di troiani.
Durante i salti verso l’interno, Giove ha perso più oggetti in L4, e quando si è spostato verso l’esterno, ne ha persi più in L5. Pertanto, se i numeri dei salti d’orbita fossero uguali, il numero dei Troiani intorno a L4 e L5 sarebbe comparabile. In altri termini, il numero dei salti non è stato pari, provocando uno sbilanciamento numerico di oggetti nei punti lagrangiani.
Diversamente dallo studio proposto nel 2013, dove l’ultimo salto era verso l’interno, in questo nuovo modello c’è un salto verso l’esterno molto ampio. Questo sarebbe all’origine dell’asimmetria L4/L5. In tale situazione il quinto pianeta esterno sarebbe espulso e Giove subisce una migrazione verso l’interno, regolare e a bassa velocità. Giove tuttavia non sarebbe responsabile dell’espulsione del quinto pianeta gigante, anzi la sua migrazione sarebbe una diretta conseguenza dell’espulsione. Un modo alternativo potrebbe essere che l’ipotetico pianeta sia semplicemente entrato in collisione con il Sole invece di essere espulso dal Sistema Solare. Tali scenari richiedono altri studi.
Questione di ampiezza
Lo studio rileva come la migrazione verso l’esterno di Giove può distorcere le traiettorie coorbitali vicino ai punti lagrangiani, con il risultato che i troiani L4 siano più stabili di quelli L5. Questo meccanismo potrebbe potenzialmente spiegare l’asimmetria numerica imparziale con rapporto 1,6. Il gruppo ha pure considerato parametri come l’eccentricità e l’inclinazione del sistema, convalidando ulteriormente i risultati sull’asimmetria. Le ampiezze di risonanza nella simulazione sono però più alte dei valori misurati nella popolazione, quindi lo studio ipotizza che a ridurre le ampiezze possano concorrere le collisioni reciproche tra asteroidi troiani.
I modelli futuri potrebbero ampliare questo lavoro includendo ulteriori aspetti dell’evoluzione del Sistema Solare, che potrebbero rappresentarlo con maggiore precisione. Ciò potrebbe includere la simulazione delle rapide migrazioni di Giove a diverse velocità e gli effetti dei pianeti vicini.
