Gli astronomi che utilizzano il telescopio spaziale Hubble della NASA stanno scoprendo che i pianeti hanno difficoltà a formarsi nella regione centrale accidentata del massiccio, affollato ammasso stellare Westerlund 2. Situato a 20, 000 anni luce di distanza, Westerlund 2 è un laboratorio unico per studiare i processi evolutivi stellari perché è relativamente vicino, piuttosto giovane, e contiene una grande popolazione stellare.

Uno studio di tre anni condotto da Hubble sulle stelle di Westerlund 2 ha rivelato che i precursori dei dischi che formano i pianeti che circondano le stelle vicino al centro dell'ammasso sono misteriosamente privi di grandi, dense nubi di polvere che in pochi milioni di anni potrebbero diventare pianeti.

Però, le osservazioni mostrano che le stelle alla periferia dell'ammasso hanno le immense nubi di polvere che formano pianeti incorporate nei loro dischi. I ricercatori pensano che il nostro sistema solare abbia seguito questa ricetta quando si è formato 4,6 miliardi di anni fa.

Allora perché alcune stelle in Westerlund 2 hanno difficoltà a formare pianeti mentre altre no? Sembra che la formazione dei pianeti dipenda dalla posizione, Posizione, Posizione. Le stelle più massicce e luminose dell'ammasso si riuniscono nel nucleo, che è verificato dalle osservazioni di altre regioni di formazione stellare. Il centro dell'ammasso contiene almeno 30 stelle estremamente massicce, alcuni pesano fino a 80 volte la massa del Sole. La loro ardente radiazione ultravioletta e i venti stellari simili a uragani di particelle cariche di dischi di fiamma ossidrica intorno a stelle di massa inferiore vicine, disperdendo le gigantesche nuvole di polvere.

"Fondamentalmente, se hai stelle mostruose, la loro energia altererà le proprietà dei dischi nelle vicinanze, stelle meno massicce, " ha spiegato Elena Sabbi, dello Space Telescope Science Institute di Baltimora e capo ricercatore dello studio Hubble. "Potresti avere ancora un disco, ma le stelle cambiano la composizione della polvere nei dischi, quindi è più difficile creare strutture stabili che alla fine porteranno ai pianeti. Pensiamo che la polvere evapori in 1 milione di anni, oppure cambia composizione e dimensioni in modo così drastico che i pianeti non hanno gli elementi costitutivi per formarsi".

Le osservazioni di Hubble rappresentano la prima volta che gli astronomi hanno analizzato un ammasso stellare estremamente denso per studiare quali ambienti sono favorevoli alla formazione dei pianeti. Scienziati, però, stanno ancora discutendo se le stelle voluminose nascano al centro o migrino lì. Westerlund 2 ha già stelle massicce nel suo nucleo, anche se è relativamente giovane, Sistema di 2 milioni di anni.

Utilizzando la fotocamera grandangolare 3 di Hubble, i ricercatori hanno scoperto che dei quasi 5, 000 stelle in Westerlund 2 con masse comprese tra 0,1 e 5 volte la massa del Sole, 1, 500 di loro mostrano fluttuazioni nella loro luce mentre le stelle accumulano materiale dai loro dischi. Il materiale orbitante ammassato all'interno del disco bloccherebbe temporaneamente parte della luce stellare, causando fluttuazioni di luminosità.

Però, Hubble ha rilevato la traccia di tale materiale orbitante solo attorno a stelle al di fuori della regione centrale compatta dell'ammasso. Il telescopio ha assistito a grandi cali di luminosità per un massimo di 10-20 giorni intorno al 5% delle stelle prima che tornassero alla luminosità normale. Non hanno rilevato questi cali di luminosità nelle stelle che risiedono entro quattro anni luce dal centro. Queste fluttuazioni potrebbero essere causate da grandi ammassi di polvere che passano davanti alla stella. I grumi sarebbero in un disco inclinato quasi di taglio rispetto alla vista dalla Terra. "Pensiamo che siano planetesimi o strutture in formazione, " Ha spiegato Sabbi. "Questi potrebbero essere i semi che alla fine porteranno a pianeti in sistemi più evoluti. Questi sono i sistemi che non vediamo vicino a stelle molto massicce. Li vediamo solo negli impianti fuori dal centro".

Grazie a Hubble, gli astronomi possono ora vedere come le stelle si stanno accrescendo in ambienti che sono come l'universo primordiale, dove gli ammassi erano dominati da stelle mostruose. Finora, l'ambiente stellare vicino più noto che contiene stelle massicce è la regione di nascita delle stelle nella Nebulosa di Orione. Però, Westerlund 2 è un obiettivo più ricco a causa della sua più ampia popolazione stellare.

"Le osservazioni di Hubble su Westerlund 2 ci danno un'idea molto migliore di come le stelle di masse diverse cambiano nel tempo, e come i venti potenti e le radiazioni provenienti da stelle molto massicce influenzano le stelle vicine di massa inferiore e i loro dischi, "Sabbi ha detto. "Vediamo, Per esempio, che stelle di massa inferiore, come il nostro sole, che sono vicine a stelle estremamente massicce nell'ammasso hanno ancora dischi e possono ancora accumulare materiale man mano che crescono. Ma la struttura dei loro dischi (e quindi la loro capacità di formare pianeti) sembra essere molto diversa da quella dei dischi attorno alle stelle che si formano in un ambiente più calmo più lontano dal nucleo dell'ammasso. Queste informazioni sono importanti per costruire modelli di formazione dei pianeti e di evoluzione stellare".

Questo cluster sarà un eccellente laboratorio per le osservazioni di follow-up con il prossimo James Webb Space Telescope della NASA, un osservatorio a infrarossi. Hubble ha aiutato gli astronomi a identificare le stelle che hanno possibili strutture planetarie. Con Webb, i ricercatori possono studiare quali dischi attorno alle stelle non stanno accumulando materiale e quali dischi hanno ancora materiale che potrebbe accumularsi nei pianeti. Queste informazioni su 1, 500 stelle consentiranno agli astronomi di tracciare un percorso su come i sistemi stellari crescono ed evolvono. Webb può anche studiare la chimica dei dischi in diverse fasi evolutive e osservare come cambiano, e aiutare gli astronomi a determinare quale influenza gioca l'ambiente nella loro evoluzione.

Telescopio spaziale romano Nancy Grace della NASA, un altro osservatorio a infrarossi progettato, sarà in grado di eseguire lo studio di Sabbi su un'area molto più ampia. Westerlund 2 è solo una piccola fetta di un'immensa regione di formazione stellare. Queste vaste regioni contengono ammassi di stelle con età e densità diverse. Astronomers could use Roman Space Telescope observations to start to build up statistics on how a star's characteristics, like its mass or outflows, affect its own evolution or the nature of stars that form nearby. The observations could also provide more information on how planets form in tough environments.

Sabbi's team's results appeared in The Giornale Astrofisico .