I pianeti giganti che si sono sviluppati all'inizio della vita di un sistema stellare potrebbero risolvere il mistero del perché non si osservano strutture a spirale nei giovani dischi protoplanetari, secondo un nuovo studio degli astronomi dell'Università di Warwick.

La ricerca, pubblicato oggi su Lettere per riviste astrofisiche andpart supportato dalla Royal Society, fornisce una spiegazione per la mancanza di una struttura a spirale che gli astronomi si aspettano di vedere nei dischi protoplanetari attorno a giovani stelle, il che suggerisce anche che gli scienziati potrebbero dover rivalutare la velocità con cui i pianeti si formano nel ciclo di vita di un disco.

I dischi protoplanetari sono i luoghi di nascita dei pianeti, ospitando il materiale che alla fine si fonderà nella schiera di pianeti che vediamo nell'Universo. Quando questi dischi sono giovani formano strutture a spirale, con tutta la loro polvere e il loro materiale trascinati in densi bracci dal massiccio effetto gravitazionale del disco che ruota. Un effetto simile si verifica a livello galattico, ecco perché vediamo galassie a spirale come la nostra, la via Lattea.

Nel corso di tre-dieci milioni di anni il materiale del disco si riunisce per formare pianeti, cade sulla stella che sta orbitando o semplicemente si disperde nello spazio attraverso i venti provenienti dal disco. Quando un disco è giovane è auto-gravitante, e il materiale al suo interno forma una struttura a spirale che perde quando diventa gravitazionalmente stabile. I giovani pianeti che si sviluppano poi ritagliano spazi nel disco mentre consumano e disperdono materiale a modo loro, risultando nelle caratteristiche "anello e spazio" che gli astronomi vedono più comunemente nei dischi protoplanetari.

Ma gli astronomi hanno faticato a spiegare le osservazioni di giovani dischi protoplanetari che non mostrano segni di spirali, ma invece sembra un disco molto più antico con una struttura ad anello e gap. Per fornire una spiegazione, Sahl Rowther e la dottoressa Farzana Meru del Dipartimento di Fisica dell'Università di Warwick hanno condotto simulazioni al computer di enormi pianeti in giovani dischi per determinare cosa sarebbe successo quando avessero interagito.

Hanno scoperto che un pianeta gigante, circa tre volte la massa di Giove, la migrazione dalle regioni esterne del disco verso la sua stella causerebbe un'interruzione sufficiente per spazzare via la struttura a spirale del disco con risultati molto simili ai dischi osservati dagli astronomi. Però, per essere presenti nella fase a spirale del disco, quei pianeti dovrebbero formarsi rapidamente e all'inizio del ciclo di vita del disco.

L'autore principale Sahl Rowther, dottorato di ricerca studente del Dipartimento di Fisica, disse:"Quando i dischi sono giovani, ci aspettiamo che siano massicci con strutture a spirale. Ma non lo vediamo nelle osservazioni.

"Le nostre simulazioni suggeriscono che un pianeta enorme in uno di questi giovani dischi può effettivamente ridurre il tempo trascorso nella fase a spirale autogravitante a uno che assomigli più ad alcune delle osservazioni che gli astronomi stanno vedendo.

La coautrice, la dott.ssa Farzana Meru del Dipartimento di Fisica, aggiunge:"Se alcuni di questi dischi che gli astronomi stanno osservando erano recentemente autogravitanti, ciò suggerisce che abbiano formato un pianeta mentre il disco era ancora giovane. La fase di autogravitazione per un disco protoplanetario è molto meno di circa mezzo milione di anni, il che significa che il pianeta dovrebbe essersi formato in modo incredibilmente rapido.

"Indipendentemente da quale meccanismo spieghi come si formano questi pianeti, questo probabilmente significa che dobbiamo considerare che i pianeti si formano molto più velocemente di quanto inizialmente pensato".

Le loro simulazioni hanno modellato un pianeta gigante nelle regioni esterne di un disco protoplanetario mentre migra verso l'interno, un processo che gli astronomi si aspettano di vedere quando la coppia spinge il pianeta verso l'interno mentre scambia momento angolare con il gas nel disco. Ciò significa anche che il pianeta interagirebbe con e distruggerebbe una grande proporzione del disco e sarebbe abbastanza massiccio da aprire un varco nel gas, con conseguente struttura ad anello e gap.

Sahl Rowther aggiunge:"Questo è eccitante date le incognite associate alle masse di dischi osservati. Se i dischi massicci con strutture ad anello e gap sono comuni, potrebbe fornire più percorsi per spiegare le architetture del disco.

"I nostri risultati suggeriscono che potrebbe anche essere possibile vedere i segni di questi pianeti giganti, date le giuste condizioni e la tecnologia. La fase successiva della nostra ricerca sarà determinare quali sono queste condizioni, per aiutare gli astronomi nel tentativo di determinare la presenza di questi pianeti."

Il Dr. Meru aggiunge:"È del tutto possibile che quella struttura a spirale venga spazzata via, non lasciarti ingannare quando guardi un disco. Potrebbe essere ancora ragionevolmente massiccio, è solo che un pianeta gigante gli ha fatto perdere le sue spirali.

"Abbiamo queste incredibili immagini di dischi protoplanetari e ciò che è veramente eccitante in loro è la loro struttura. Negli ultimi anni i telescopi sono diventati molto potenti e siamo in grado di vedere caratteristiche come spazi vuoti e anelli. Con simulazioni al computer come la nostra, possiamo ora cercare di capire se alcuni dei processi che ci aspettiamo avvengano, come pianeti che migrano in giovani dischi, può portare al tipo di immagini che gli osservatori stanno vedendo. Questo è possibile con la combinazione di potenti telescopi e supercomputer".