• Home
  • Chimica
  • Astronomia
  • Energia
  • Natura
  • Biologia
  • Fisica
  • Elettronica
  •  science >> Scienza >  >> Astronomia
    Studio dei giovani, Il caotico sistema stellare rivela i segreti della formazione dei pianeti

    Utilizzando i dati sulla velocità del gas, gli scienziati che hanno osservato Elias 2-27 sono stati in grado di misurare direttamente la massa del disco protoplanetario della giovane stella e anche di tracciare le perturbazioni dinamiche nel sistema stellare. Visibili in questo pannello composito sono i dati di emissione del continuum di polvere 0,87 mm (blu), insieme alle emissioni dei gas C18O (giallo) e 13CO (rosso). Credito:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/T. Paneque-Carreño (Universidad de Chile), B. Saxton (NRAO)

    Un team di scienziati che utilizza l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) per studiare la giovane stella Elias 2-27 ha confermato che le instabilità gravitazionali giocano un ruolo chiave nella formazione dei pianeti, e hanno per la prima volta misurato direttamente la massa dei dischi protoplanetari utilizzando i dati sulla velocità del gas, potenzialmente svelando uno dei misteri della formazione dei pianeti. I risultati della ricerca sono pubblicati oggi in due articoli su The Giornale Astrofisico .

    I dischi protoplanetari, i dischi che formano pianeti fatti di gas e polvere che circondano le giovani stelle appena formate, sono noti agli scienziati come il luogo di nascita dei pianeti. L'esatto processo di formazione del pianeta, però, è rimasto un mistero. La nuova ricerca, guidato da Teresa Paneque-Carreño, una neolaureata dell'Universidad de Chile e Ph.D. studente presso l'Università di Leiden e l'Osservatorio europeo meridionale, e l'autore principale del primo dei due articoli, si concentra sullo svelare il mistero della formazione dei pianeti.

    Durante le osservazioni, gli scienziati hanno confermato che il sistema stellare Elias 2-27, una giovane stella situata a meno di 400 anni luce di distanza dalla Terra nella costellazione dell'Ofiuco, stava esibendo prove di instabilità gravitazionali che si verificano quando i dischi che formano pianeti trasportano una grande frazione del sistema stellare messa. "Come si formano esattamente i pianeti è una delle domande principali nel nostro campo. Tuttavia, ci sono alcuni meccanismi chiave che riteniamo possano accelerare il processo di formazione del pianeta, " ha detto Paneque-Carreño. "Abbiamo trovato prove dirette di instabilità gravitazionali in Elias 2-27, il che è molto eccitante perché questa è la prima volta che possiamo mostrare la prova cinematica e multi-lunghezza d'onda di un sistema che è gravitazionalmente instabile. Elias 2-27 è il primo sistema che controlla tutte le scatole".

    Le caratteristiche uniche di Elias 2-27 lo hanno reso popolare tra gli scienziati di ALMA per più di mezzo decennio. Nel 2016, un team di scienziati che utilizzano ALMA ha scoperto una girandola di polvere che vorticava intorno alla giovane stella. Si credeva che le spirali fossero il risultato di onde di densità, comunemente noto per produrre i bracci riconoscibili delle galassie a spirale, come la Via Lattea, ma all'epoca, non era mai stato visto prima intorno a singole stelle.

    Elias 2-27 è una giovane stella situata a soli 378 anni luce dalla Terra. La stella ospita un enorme disco protoplanetario di gas e polvere, uno degli elementi chiave per la formazione del pianeta. In questa illustrazione grafica, la polvere è distribuita lungo una morfologia a forma di spirale scoperta per la prima volta in Elias 2-27 nel 2016. I grani di polvere più grandi si trovano lungo i bracci a spirale mentre i grani di polvere più piccoli sono distribuiti intorno al disco protoplanetario. Durante lo studio sono stati rilevati anche afflussi di gas asimmetrici, indicando che potrebbe esserci ancora materiale che cade nel disco. Gli scienziati ritengono che Elias 2-27 possa eventualmente evolversi in un sistema planetario, con instabilità gravitazionali che causano la formazione di pianeti giganti. Poiché questo processo richiede milioni di anni per verificarsi, gli scienziati possono solo osservare le fasi iniziali. Credito:B. Saxton NRAO/AUI/NSF

    "Abbiamo scoperto nel 2016 che il disco Elias 2-27 aveva una struttura diversa da altri sistemi già studiati, qualcosa che non era mai stato osservato in un disco protoplanetario:due bracci a spirale di grandi dimensioni. Le instabilità gravitazionali erano una forte possibilità, ma l'origine di queste strutture rimaneva un mistero e avevamo bisogno di ulteriori osservazioni, " ha detto Laura Perez, Assistant Professor presso l'Universidad de Chile e il principale investigatore dello studio 2016. Insieme ai collaboratori, ha proposto ulteriori osservazioni in più bande ALMA che sono state analizzate con Paneque-Carreño come parte del suo M.Sc. tesi all'Universidad de Chile.

    Oltre a confermare le instabilità gravitazionali, gli scienziati hanno trovato perturbazioni, o disturbi, nel sistema stellare al di sopra e al di là delle aspettative teoriche. "Potrebbe esserci ancora nuovo materiale dalla nube molecolare circostante che cade sul disco, che rende tutto più caotico, " disse Paneque-Carreño, aggiungendo che questo caos ha contribuito a fenomeni interessanti mai osservati prima, e per il quale gli scienziati non hanno una spiegazione chiara. "Il sistema stellare Elias 2-27 è altamente asimmetrico nella struttura del gas. Questo è stato completamente inaspettato, ed è la prima volta che osserviamo una tale asimmetria verticale in un disco protoplanetario".

    Sala Cassandra, Assistant Professor di Astrofisica Computazionale presso l'Università della Georgia, e coautore della ricerca, ha aggiunto che la conferma sia dell'asimmetria verticale che delle perturbazioni della velocità - le prime perturbazioni su larga scala legate alla struttura a spirale in un disco protoplanetario - potrebbe avere implicazioni significative per la teoria della formazione dei pianeti. "Questa potrebbe essere una "pistola fumante" di instabilità gravitazionale, che può accelerare alcune delle prime fasi della formazione del pianeta. Abbiamo previsto per la prima volta questa firma nel 2020, e dal punto di vista dell'astrofisica computazionale, è eccitante avere ragione".

    Paneque-Carreño ha aggiunto che mentre la nuova ricerca ha confermato alcune teorie, ha anche sollevato nuove domande. "Mentre le instabilità gravitazionali possono ora essere confermate per spiegare le strutture a spirale nel continuum di polvere che circonda la stella, c'è anche un vuoto interno, o materiale mancante nel disco, per i quali non abbiamo una spiegazione chiara".

    Uno degli ostacoli alla comprensione della formazione dei pianeti era la mancanza di misurazioni dirette della massa dei dischi che formano i pianeti, un problema affrontato nella nuova ricerca. L'elevata sensibilità di ALMA Band 6, abbinato alle Bande 3 e 7, ha permesso al team di studiare più da vicino i processi dinamici, densità, e anche la massa del disco. "Le misurazioni precedenti della massa del disco protoplanetario erano indirette e basate solo su polvere o rari isotopologhi. Con questo nuovo studio, ora siamo sensibili all'intera massa del disco, " ha affermato Benedetta Veronesi, laureata all'Università degli Studi di Milano e ricercatrice post-dottorato presso l'École normale supérieure de Lyon, e l'autore principale del secondo articolo. "Questa scoperta pone le basi per lo sviluppo di un metodo per misurare la massa del disco che ci consentirà di abbattere una delle barriere più grandi e pressanti nel campo della formazione dei pianeti. Conoscere la quantità di massa presente nei dischi che formano i pianeti consente noi per determinare la quantità di materiale disponibile per la formazione di sistemi planetari, e per comprendere meglio il processo attraverso il quale si formano."

    Sebbene il team abbia risposto a una serie di domande chiave sul ruolo dell'instabilità gravitazionale e della massa del disco nella formazione dei pianeti, il lavoro non è ancora finito. "Studiare come si formano i pianeti è difficile perché ci vogliono milioni di anni per formare i pianeti. Questa è una scala temporale molto breve per le stelle, che vivono migliaia di milioni di anni, ma un processo molto lungo per noi, " disse Paneque-Carreño. "Quello che possiamo fare è osservare le giovani stelle, con intorno dischi di gas e polvere, e prova a spiegare perché questi dischi di materiale hanno l'aspetto che hanno. È come guardare una scena del crimine e cercare di indovinare cosa è successo. La nostra analisi osservazionale abbinata alla futura analisi approfondita di Elias 2-27 ci consentirà di caratterizzare esattamente come agiscono le instabilità gravitazionali nei dischi che formano i pianeti, e ottenere maggiori informazioni su come si formano i pianeti."


    © Scienza https://it.scienceaq.com