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    La polvere e il gas nei dischi protoplanetari

    Un falso colore, immagine di lunghezza d'onda submillimetrica del disco protoplanetario attorno alla stella IM Lup che mostra doppi anelli di gas e polvere. Gli astronomi hanno determinato per la prima volta le altezze verticali di entrambi i componenti di polvere e gas in questo e in altri due sistemi protostellari utilizzando set di dati a lunghezze d'onda multiple, trovando che a grandi distanze dalla stella a volte, ma non sempre, hanno lo stesso profilo di svasatura. Credito:K. Oberg, CfA, et al.; ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

    I pianeti si formano quando i grani di polvere in un disco protoplanetario si trasformano in ciottoli e infine in pianeti. Poiché i piccoli granelli di polvere interagiscono con il gas (attraverso la resistenza che impartisce), il gas nei dischi protoplanetari influenza la distribuzione dei piccoli grani e quindi la crescita dei pianeti. Gli astronomi che cercano di svelare come le interazioni polvere-gas influenzano lo sviluppo del pianeta sono particolarmente interessati allo studio dello spessore del disco (la sua "altezza verticale") rispetto alla distanza dalla stella; il disco si allarga verso l'esterno nella maggior parte dei casi in cui la stella centrale domina la massa del sistema. Misurando indipendentemente l'altezza del gas e dei piccoli granelli di polvere, gli astronomi possono studiare le caratteristiche fondamentali del disco come il rapporto di massa tra gas e polvere e la turbolenza nel disco.

    Gli astronomi CfA Richard Teague e David Wilner e un team di colleghi hanno completato il primo confronto diretto delle altezze verticali di gas e polvere. Hanno modellato osservazioni d'archivio multilunghezza d'onda da ALMA, Hubble, e Gemini in tre dischi planetari particolarmente adatti a tali misurazioni:i sistemi sono moderatamente inclinati rispetto alla linea di vista per offrire una prospettiva 3D, hanno abbastanza monossido di carbonio e polvere per misurare questi componenti, e i dischi mostrano diversi squilli. Gli anelli diffondono la luce e sono necessari per la stima delle altezze verticali dei piccoli grani (l'origine degli anelli è incerta, possibilmente scolpito dai pianeti o da una transizione di temperatura che produce ghiacci).

    Gli astronomi trovano che in due sistemi il gas e la polvere fuori a distanze dalla stella di un centinaio di unità astronomiche sono collocati con la stessa struttura, ma più lontano i granelli di polvere hanno un'altezza verticale minore rispetto al gas CO. Nel terzo sistema i due componenti hanno la stessa forma a tutte le distanze. Gli scienziati sostengono che un rapporto di massa gas-polvere maggiore di 100 (il valore tipico per il mezzo interstellare) potrebbe spiegare il comportamento dei primi due. Il team conclude anche che le altezze verticali di gas e polvere non sono semplicemente funzioni della massa, età, o tipo spettrale della stella, ma nel lavoro futuro sperano di chiarire le dipendenze.

    Gli scienziati avvertono che con solo tre esempi è prematuro generalizzare le loro conclusioni. Notano anche che i meccanismi per produrre gli anelli sono incerti e che potrebbe esserci stato un effetto di selezione non identificato in questi sistemi. Per esempio, questi dischi sono relativamente grandi, e più piccolo, quelli più tipici potrebbero comportarsi diversamente. Non ultimo, gli effetti della turbolenza e della sedimentazione delle polveri rimangono incerti. Questi primi risultati, però, dimostrare la fattibilità delle tecniche. Ulteriori osservazioni e modelli dovrebbero essere in grado di caratterizzare i dischi di altri sistemi e tracciare maggiori dettagli del processo di formazione del pianeta.


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