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    Attenzione al divario:gli scienziati usano la massa stellare per collegare gli esopianeti ai dischi che formano i pianeti

    I dischi protoplanetari sono classificati in tre categorie principali:transizione, squillo, o esteso. Queste immagini a falsi colori dell'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) mostrano queste classificazioni in netto contrasto. A sinistra:il disco ad anello di RU Lup è caratterizzato da stretti vuoti che si ritiene siano stati scolpiti da pianeti giganti con masse comprese tra una massa di Nettuno e una massa di Giove. Al centro:il disco di transizione di J1604.3-2130 è caratterizzato da una grande cavità interna che si pensa sia stata scolpita da pianeti più massicci di Giove, conosciuti anche come pianeti supergioviani. A destra:si ritiene che il compact disc di Sz104 non contenga pianeti giganti, in quanto mancano le lacune e le cavità rivelatrici associate alla presenza di pianeti giganti. Attestazione:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Dagnello (NRAO)

    Utilizzando i dati per più di 500 giovani stelle osservate con l'Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), gli scienziati hanno scoperto un collegamento diretto tra le strutture dei dischi protoplanetari, i dischi che formano i pianeti che circondano le stelle, e la demografia del pianeta. L'indagine dimostra che le stelle di massa più elevata hanno maggiori probabilità di essere circondate da dischi con "lacune" in esse e che queste lacune sono direttamente correlate all'elevata presenza di esopianeti giganti osservati attorno a tali stelle. Questi risultati forniscono agli scienziati una finestra indietro nel tempo, permettendo loro di prevedere come apparivano i sistemi esoplanetari in ogni fase della loro formazione.

    "Abbiamo trovato una forte correlazione tra le lacune nei dischi protoplanetari e la massa stellare, che può essere legato alla presenza di grandi, esopianeti gassosi, " disse Nienke van der Marel, un borsista Banting presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia presso l'Università di Victoria in British Columbia, e l'autore principale della ricerca. "Le stelle di massa più elevata hanno relativamente più dischi con spazi vuoti rispetto alle stelle di massa inferiore, coerente con le correlazioni già note negli esopianeti, dove le stelle di massa più elevata ospitano più spesso esopianeti gassosi. Queste correlazioni ci dicono direttamente che le lacune nei dischi che formano i pianeti sono molto probabilmente causate da pianeti giganti di massa di Nettuno e oltre".

    Le lacune nei dischi protoplanetari sono state a lungo considerate come una prova generale della formazione dei pianeti. Però, c'è stato un certo scetticismo a causa della distanza orbitale osservata tra gli esopianeti e le loro stelle. "Uno dei motivi principali per cui gli scienziati sono stati scettici sul legame tra spazi vuoti e pianeti prima è che gli esopianeti con ampie orbite di decine di unità astronomiche sono rari. Tuttavia, esopianeti con orbite più piccole, tra una e dieci unità astronomiche, sono molto più comuni, " ha detto Gijs Mulders, assistente professore di astronomia all'Universidad Adolfo Ibáñez di Santiago, Chile, e coautore della ricerca. "Crediamo che i pianeti che eliminano le lacune migreranno verso l'interno in seguito".

    Il nuovo studio è il primo a dimostrare che il numero di dischi interrotti in queste regioni corrisponde al numero di esopianeti giganti in un sistema stellare. "Studi precedenti hanno indicato che c'erano molti più dischi interrotti rispetto agli esopianeti giganti rilevati, " ha detto Mulders. "Il nostro studio mostra che ci sono abbastanza esopianeti per spiegare la frequenza osservata dei dischi interrotti a diverse masse stellari."

    La correlazione si applica anche ai sistemi stellari con stelle di piccola massa, dove gli scienziati hanno maggiori probabilità di trovare enormi esopianeti rocciosi, noto anche come Super-Terre. Van der Marel, che diventerà assistente professore presso l'Università di Leiden nei Paesi Bassi a partire da settembre 2021, ha dichiarato:"Le stelle di massa inferiore hanno Super-Terre più rocciose, tra una massa terrestre e una massa di Nettuno. Dischi senza spazi vuoti, che sono più compatti, portare alla formazione di Super-Terre."

    Questo legame tra la massa stellare e la demografia planetaria potrebbe aiutare gli scienziati a identificare quali stelle prendere di mira nella ricerca di pianeti rocciosi in tutta la Via Lattea. "Questa nuova comprensione delle dipendenze di massa stellare aiuterà a guidare la ricerca di piccoli, pianeti rocciosi come la Terra nel vicinato solare, "disse Mulder, che fa anche parte del team Alien Earths finanziato dalla NASA. "Possiamo usare la massa stellare per connettere i dischi che formano pianeti intorno alle stelle giovani agli esopianeti intorno a stelle mature. Quando viene rilevato un esopianeta, il materiale che forma il pianeta di solito è sparito. Quindi la massa stellare è un "tag" che ci dice come potrebbe essere stato l'ambiente di formazione dei pianeti per questi esopianeti".

    E ciò a cui tutto si riduce è polvere. "Un elemento importante della formazione dei pianeti è l'influenza dell'evoluzione della polvere, " disse van der Marel. "Senza pianeti giganti, la polvere andrà sempre alla deriva verso l'interno, creando le condizioni ottimali per la formazione di piccoli, pianeti rocciosi vicini alla stella."

    La ricerca attuale è stata condotta utilizzando i dati di oltre 500 oggetti osservati in studi precedenti utilizzando le antenne Band 6 e Band 7 ad alta risoluzione di ALMA. Attualmente, ALMA è l'unico telescopio in grado di visualizzare la distribuzione della polvere millimetrica con una risoluzione angolare sufficientemente elevata da risolvere i dischi di polvere e rivelare la sua sottostruttura, o la mancanza di. "Negli ultimi cinque anni, ALMA ha prodotto molti sondaggi istantanei delle vicine regioni di formazione stellare che hanno portato a centinaia di misurazioni della massa di polvere del disco, dimensione, e morfologia, " ha detto van der Marel. "Il gran numero di proprietà dei dischi osservate ci ha permesso di fare un confronto statistico dei dischi protoplanetari con le migliaia di esopianeti scoperti. Questa è la prima volta che viene dimostrata con successo una dipendenza dalla massa stellare di dischi interrotti e compact disc utilizzando il telescopio ALMA".

    "Le nostre nuove scoperte collegano le bellissime strutture gap nei dischi osservate con ALMA direttamente alle proprietà delle migliaia di esopianeti rilevati dalla missione Kepler della NASA e da altre indagini sugli esopianeti, " ha detto Mulders. "Gli esopianeti e la loro formazione ci aiutano a collocare le origini della Terra e del Sistema Solare nel contesto di ciò che vediamo accadere intorno ad altre stelle."


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