La nuvola molecolare del Toro, qui raffigurato dall'Osservatorio spaziale Herschel dell'ESA, è una regione di formazione stellare a circa 450 anni luce di distanza. La cornice dell'immagine copre circa 14 per 16 anni luce e mostra il bagliore della polvere cosmica nel materiale interstellare che pervade la nuvola, rivelando un intricato disegno di filamenti punteggiati da pochi compatti, nuclei luminosi - i semi delle stelle future. Credito:ESA/Herschel/PACS, Sondaggio SPIRE/Gould Belt Programma chiave/Palmeirim et al . 2013
"Super-Terre" e pianeti delle dimensioni di Nettuno potrebbero formarsi attorno a giovani stelle in numero molto maggiore di quanto pensassero gli scienziati, suggerisce una nuova ricerca di un team internazionale di astronomi.
Osservando un campione di giovani stelle in una regione di formazione stellare nella costellazione del Toro, i ricercatori hanno scoperto che molti di loro sono circondati da strutture che possono essere meglio spiegate come tracce create da invisibili, giovani pianeti in formazione. La ricerca, pubblicato in Giornale Astrofisico , aiuta gli scienziati a capire meglio come è nato il nostro sistema solare.
Circa 4,6 miliardi di anni fa, il nostro sistema solare era un turbolento, vortice fluttuante di gas e polvere che circonda il nostro sole appena nato. Nelle prime fasi, questo cosiddetto disco protoplanetario non aveva caratteristiche distinguibili, ma presto, parti di esso cominciarono a fondersi in grumi di materia, i futuri pianeti. Mentre raccoglievano nuovo materiale durante il loro viaggio intorno al sole, sono cresciuti e hanno iniziato ad arare modelli di spazi vuoti e anelli nel disco da cui si sono formati. Col tempo, il disco polveroso lasciò il posto alla disposizione relativamente ordinata che conosciamo oggi, composto da pianeti, lune, asteroidi e occasionali comete.
Gli scienziati basano questo scenario di come è nato il nostro sistema solare sulle osservazioni di dischi protoplanetari attorno ad altre stelle che sono abbastanza giovani da essere attualmente in fase di nascita di pianeti. Utilizzando l'Atacama Large Millimeter Array, o ALMA, comprendente 45 antenne radio nel deserto di Atacama in Cile, il team ha eseguito un'indagine sulle giovani stelle nella regione di formazione stellare del Toro, una vasta nube di gas e polvere situata a 450 anni luce dalla Terra. Quando i ricercatori hanno ripreso 32 stelle circondate da dischi protoplanetari, hanno scoperto che 12 di loro - il 40% - hanno anelli e spazi vuoti, strutture che secondo le misurazioni e i calcoli del team possono essere meglio spiegate dalla presenza di pianeti nascenti.
"Questo è affascinante perché è la prima volta che le statistiche sugli esopianeti, che suggeriscono che le super-Terre e Nettuno sono il tipo più comune di pianeti, coincidono con osservazioni di dischi protoplanetari, ", ha detto l'autore principale del giornale, Feng Long, uno studente di dottorato presso l'Istituto Kavli per l'astronomia e l'astrofisica dell'Università di Pechino a Pechino, Cina.
Mentre alcuni dischi protoplanetari appaiono uniformi, oggetti simili a frittelle privi di qualsiasi caratteristica o motivo, sono stati osservati anelli luminosi concentrici separati da spazi vuoti, ma poiché i sondaggi precedenti si sono concentrati sui più luminosi di questi oggetti perché sono più facili da trovare, non era chiaro come i dischi con strutture ad anello e gap siano davvero comuni nell'universo. Questo studio presenta i risultati del primo sondaggio imparziale in quanto i dischi di destinazione sono stati selezionati indipendentemente dalla loro luminosità, in altre parole, i ricercatori non sapevano se qualcuno dei loro obiettivi avesse strutture ad anello quando li hanno selezionati per l'indagine.
"La maggior parte delle osservazioni precedenti era stata mirata per rilevare la presenza di pianeti molto massicci, che sappiamo essere rari, che aveva scavato grandi buchi interni o spazi vuoti in dischi luminosi, " ha detto la seconda autrice del giornale Paola Pinilla, un Hubble Fellow della NASA presso lo Steward Observatory dell'Università dell'Arizona. "Mentre i pianeti massicci erano stati dedotti in alcuni di questi dischi luminosi, poco si sapeva dei dischi più deboli."
Fino a poco tempo fa, si credeva che i dischi protoplanetari fossero lisci, come oggetti simili a frittelle. I risultati di questo studio mostrano che alcuni dischi sono più simili a ciambelle con buchi, ma ancor più spesso appaiono come una serie di anelli. Gli anelli sono probabilmente scolpiti da pianeti che altrimenti sarebbero invisibili per noi. Credito:Feng Long
Il gruppo, che include anche Nathan Hendler e Ilaria Pascucci presso il Lunar and Planetary Laboratory dell'UA, ha misurato le proprietà degli anelli e degli spazi osservati con ALMA e ha analizzato i dati per valutare i possibili meccanismi che potrebbero causare gli anelli e gli spazi osservati. Sebbene queste strutture possano essere scolpite dai pianeti, ricerche precedenti hanno suggerito che potrebbero essere creati anche da altri effetti. In uno scenario comunemente suggerito, le cosiddette linee di ghiaccio causate da cambiamenti nella chimica delle particelle di polvere attraverso il disco in risposta alla distanza dalla stella ospite e il suo campo magnetico creano variazioni di pressione attraverso il disco. Questi effetti possono creare variazioni nel disco, manifestandosi come anelli e spazi vuoti.
I ricercatori hanno eseguito analisi per testare queste spiegazioni alternative e non sono stati in grado di stabilire alcuna correlazione tra le proprietà stellari e i modelli di spazi vuoti e anelli osservati.
"Possiamo quindi escludere l'idea comunemente proposta delle linee di ghiaccio che causano gli anelli e le lacune, " ha detto Pinilla. "Le nostre scoperte lasciano che i pianeti nascenti siano la causa più probabile dei modelli che abbiamo osservato, anche se alcuni altri processi potrebbero essere all'opera".
Poiché è impossibile rilevare direttamente i singoli pianeti a causa della travolgente luminosità della stella ospite, il team ha eseguito calcoli per avere un'idea dei tipi di pianeti che potrebbero formarsi nella regione di formazione stellare del Toro. Secondo i rilievi, I pianeti gassosi delle dimensioni di Nettuno o le cosiddette super-Terre - pianeti terrestri fino a 20 masse terrestri - dovrebbero essere i più comuni. Solo due dei dischi osservati potrebbero potenzialmente ospitare colossi che rivaleggiano con Giove, il pianeta più grande del sistema solare.
"Dal momento che la maggior parte delle attuali indagini sugli esopianeti non riesce a penetrare la spessa polvere dei dischi protoplanetari, tutti gli esopianeti, con un'eccezione, sono stati rilevati in sistemi più evoluti dove non è più presente un disco, " ha detto Pinilla.
Andando avanti, il gruppo di ricerca prevede di allontanare ulteriormente le antenne di ALMA, che dovrebbe aumentare la risoluzione dell'array a circa cinque unità astronomiche (una AU è uguale alla distanza media tra la Terra e il sole), e per rendere le antenne sensibili ad altre frequenze che sono sensibili ad altri tipi di polvere.
"I nostri risultati sono un passo entusiasmante nella comprensione di questa fase chiave della formazione del pianeta, " Long ha detto, "e facendo questi aggiustamenti, speriamo di capire meglio le origini degli anelli e delle lacune".
