Una rara istantanea di un sito di formazione planetario

sito di formazione planetario

Disco intorno a HD 21997 ottenuta da ALMA. L’immagine di sinistra mostra l’emissione dei grani di polvere freddi, che si trovano in un anello intono alla stella centrale. L’immagine centrale mostra l’emissione dal mossido di carbonio (CO); si osserva inoltre, che si può trovare gas più vicino alla stella di quanto non lo sia la polvere. L’immagine di destra viene ad indicare la velocità del gas. Le parti colorate di rosso del disco si stanno avvicinando a noi (spostamento verso il rosso, redshift), mentre le parti colorate di blu si stanno allontanando da noi (spostamento verso il blu, blueshift), lungo cioé la nostra direzione, il che indica che il gas è in rotazione attorno alla stella centrale.  Crediti: Á. Kóspál (ESA) and A. Moór (Konkoly Observatory). Disponibile su: http://www.mpia.de/Public/Aktuelles/PR/2013/PR_2013_11/bilder/PR_2013_11_1gr.jpg

I pianeti si formano in dischi di gas e polvere attorno a stelle nascenti. Ora, combinando le osservazioni con il telescopio ALMA e l’Hershel Space Observatory è stata prodotta una rara immagine di un sito di formazione planetaria in uno stato di evoluzione intermedio: contrariamente alle aspettative, il disco intorno alla stella HD 21997 appare contenere sia il gas primordiale, lasciato durante la formazione dalla stella stessa, sia la polvere che appare essere stata prodotta nelle collisioni tra planetesimali – frammenti rocciosi che rappresentano i mattoni primordiali dei pianeti maggiori. Questa è la prima osservazione diretta di un “disco ibrido” e probabilmente verrà a modificare i modelli attuali di formazione planetaria.

Una stella simile al nostro Sole quando nasce è circondata da un disco di polvere e gas. Entro tale disco la stella del sistema planetario inizia a formarsi: i grani di polvere si addensano per diventare più grandi, solidi, fino a dar vita a corpi delle dimensioni chilometriche, chiamati planetesimali. Questi possono sopravvivere o sotto forma di asteroidi e comete, oppure collidono nuovamente fra loro formando pianeti rocciosi, come la nostra Terra, oppure possono  diventare i futuri nuclei dei pianeti giganti gassosi.

I modelli attuali di formazione planetaria prevedono che quando una stella raggiunge lo stadio di planetesimale, il gas originale si esaurisca facilmente. Parte del gas cade verso la stella, parte viene catturato da quelli che successivamente diventeranno pianeti gioviani e la parte rimanente viene dispersa nello spazio dall’intensa radiazione della giovane stella. Dopo circa 10 milioni di anni tutto il gas originale dovrebbe essere scomparso.

In realtà, ora, un team di astronomi di varie nazioni, in particolare Paesi Bassi, Ungheria, Germania e Stati Uniti ha trovato quello che appare essere un raro disco ibrido che contiene molto del gas originale ma anche la polvere prodotta in un secondo momento nella collisione dei planetesimali. Così com’è, questo rappresenta una sorta di legame tra una fase primitiva e una successiva dell’evoluzione del disco, in particolare, il disco primordiale e la fase di detriti, che si ha in un secondo momento.

Gli astronomi hanno utilizzato sia l’Herschel Space Observatory dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) che il telescopio ALMA in Cile per studiare il disco attorno alla stella denominata HD 21997 nella Costellazione della Fornace, ad una distanza di 235 anni luce di distanza dalla Terra. HD 21997 ha una massa che è 1,8 volte quella del nostro Sole con un’età di 30 milioni di anni.

Le osservazioni di Herschel e di ALMA mostrano un anello ampio di polvere attorno alla stella ad una distanza tra 55 e 150 unità astronomiche (dove 1 unità astronomica è pari alla distanza Terra-Sole, 150 milioni di chilometri). Ma le osservazioni ALMA inoltre mostrano un anello di gas. Sorprendentemente i due anelli non coincidono. “L’anello di gas inizia più vicino alla stella centrale rispetto a quello formato dalla polvere” ha spiegato Ágnes Kóspál dell’ESA, principal investigator del proposal ALMA. “Se la polvere e il gas si sono prodotti dallo stesso fenomeno fisico, chiamato erosione dei planetesimali, ci aspettiamo allora che si vengano a trovare nella medesima posizione. Questo non è chiaramente il caso nel disco più interno”.

Attila Moór dell’Konkoly Observatory aggiunge che “le nostre osservazioni inoltre hanno mostrato che studi precedenti avevano sottovalutato grossolonamente la quantità di gas presente nel disco. Utilizzando il monossido di carbonio come tracciatore molecolare troviamo che la massa totale del gas è probabilmente in una quantità che varia tra 30 e 60 volte la massa della nostra Terra”. Tale valore è un’altra indicazione che il disco di gas sia formato da materiale primordiale; il gas libero nelle collisioni tra planetesimali non potrebbe mai spiegare questa notevole quantità.

Thomas Henning del Max-Planck Institute for Astronomy afferma che “la presenta di gas primordiale attorno alla stella HD 21997 di 30 milioni di anni è un puzzle. Sia le predizioni dei modelli che le osservazioni precedenti mostrano che il gas in questo tipo di disco attorno ad una giovane stella dovrebbe scomparire entro una decina di milioni di anni”.

Il team attualmente sta lavorando per trovare altri sistemi del tipo di HD 21997 per ulteriori studi di dischi ibridi, e per scoprire come essi fittano entro l’attuale paradigma di formazione planetaria -ossia i modi nei quali i modelli devono essere cambiati.

I risultati sono stati pubblicati in due paper pubblicati su The Astrophysical Journal:
Kóspál et al.: “ALMA observations of the molecular gas in the debris disk of the 30 Myr old star HD 21997”
e
Moór et al.: “ALMA continuum observations of a 30 Myr old gaseous debris disk around HD 21997”.

Altri membri del team: Ágnes Kóspál (ESA), Attila Moór, Péter Ábrahám, Csaba Kiss e Krisztina Gabányi (Konkoly Observatory), Attila Juhász e Markus Schmalzl (Leiden Observatory), Thomas Henning (MPIA), Dániel Apai e Ilaria Pascucci (University of Arizona), Timea Csengeri (MPIfR), Carol Grady (NASA Goddard e Eureka Scientific), e Meredith Hughes (Wesleyan University).

Articoli:
Kóspál, Á.; Moór, A.; Juhász, A.; Ábrahám, P.; Apai, D.; Csengeri, T.; Grady, C. A.; Henning, Th.; Hughes, A. M.; Kiss, Cs.; Pascucci, I.; Schmalzl, M., ALMA Observations of the Molecular Gas in the Debris Disk of the 30 Myr Old Star HD 21997, http://esoads.eso.org/abs/2013ApJ…776…77K.

Moór, A.; Juhász, A.; Kóspál, Á.; Ábrahám, P.; Apai, D.; Csengeri, T.; Grady, C.; Henning, Th.; Hughes, A. M.; Kiss, Cs.; Pascucci, I.; Schmalzl, M.; Gabányi, K., ALMA Continuum Observations of a 30 Myr Old Gaseous Debris Disk around HD 21997, http://esoads.eso.org/abs/2013arXiv1310.5069M

Fonte: MPIA Science Release 2013-11 -Max Planck Institute for Astronomy- A rare snapshot of a planetary construction site –
http://www.mpia.de/Public/menu_q2e.php?Aktuelles/PR/2013/PR_2013_11/PR_2013_11_en.html
Altre informazioni su Planet Quest – A rare snapshot of a planetary construction site – http://planetquest.jpl.nasa.gov/news/136.

Sabrina

~ di Sabrina su 7 novembre 2013.

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