Per la prima volta, gli astronomi sono stati in grado di scrutare nel cuore della formazione dei pianeti, registrando la temperatura e la quantità di gas presente nelle regioni più prolifiche per la creazione di pianeti.

I pianeti si formano in dischi svasati di gas e polvere, piccole particelle composte da polvere e ghiaccio, che circondano giovani stelle. Più specificamente, pianeti si formano nel piano medio di questo disco, o il centro del disco visto di lato. Ma fino ad ora, gli astronomi non sono stati in grado di osservare questo piano medio perché i gas nel disco erano troppo opachi.

"In precedenza abbiamo osservato dischi nel processo di creazione di pianeti, ma le nostre osservazioni stavano solo scalfindo la superficie, " ha detto Edwin Bergin, presidente del dipartimento di astronomia dell'U-M. "Quando abbiamo dedotto la densità, temperatura e velocità gravitazionale, quali sono i dati fisici della nascita dei pianeti, non stavamo campionando la regione in cui stanno nascendo i pianeti".

Anziché, i ricercatori hanno dovuto fare affidamento su osservazioni fatte sulla superficie del disco. Ora, Bergin e la sua squadra, che include il borsista post-dottorato Ke Zhang, hanno sviluppato un metodo che consente loro di scrutare in quel midplane, in questo caso, un disco a circa 180 anni luce di distanza con una stella di circa 0,8 volte la massa del nostro sole.

Per osservare la temperatura e altre condizioni di nascita del pianeta, gli astronomi potrebbero usare l'idrogeno molecolare, che è la molecola più abbondante in un pianeta o in una regione di formazione stellare. Ma l'idrogeno molecolare non emette alle basse temperature associate alla nascita dei pianeti. Quindi gli astronomi devono concentrarsi su una molecola diversa che esiste accanto all'idrogeno molecolare. Chiamano questa diversa molecola una "molecola tracciante", un proxy per l'idrogeno molecolare. In questo documento, il team utilizza una rara forma di monossido di carbonio come molecola tracciante.

Le loro scoperte mostrano che la luce di lunghezza d'onda millimetrica emessa naturalmente da questa rara forma di monossido di carbonio traccia chiaramente il piano medio, rivelando per la prima volta la formazione di pianeti ai nostri telescopi. In questo caso, le osservazioni degli astronomi si basavano sull'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, una struttura astronomica internazionale con sede in Cile che misura le lunghezze d'onda radio emesse dalle molecole in questi dischi distanti.

Sulla base della distribuzione di questo monossido di carbonio, gli astronomi sono stati in grado di calcolare quanta massa è disponibile nel piano medio che forma il pianeta. Utilizzando una diversa forma rara di monossido di carbonio, i ricercatori hanno anche misurato la temperatura della regione in base alla luminosità della molecola.

"Se vuoi capire la formazione del nostro sistema solare e perché ci sono così tanti diversi sistemi di esopianeti, dobbiamo capire il piano medio, " disse Zhang. "Questo è il piano in cui si concentra la maggior parte della massa, è lì che avviene la magia".

Un'altra scoperta chiave del documento è la prima misurazione diretta di quella che viene chiamata la linea delle nevi del monossido di carbonio. Questa linea di neve è il raggio al quale il monossido di carbonio si congela nel piano medio. Oltre questo raggio, il calore della stella non può più trattenere il monossido di carbonio sotto forma di vapore nel piano mediano e il monossido di carbonio si congela come ghiaccio sulla superficie dei granelli di polvere.

Essere in grado di osservare direttamente la linea delle nevi del piano medio è importante anche per comprendere le condizioni in cui si formano i pianeti, dice Zhang. Il monossido di carbonio può avere un ruolo simile all'acqua nella formazione del nostro sistema solare.

"Acqua, una volta che si condensa, aggiunge molta massa solida nella costruzione del nucleo di un pianeta, " Zhang ha detto. "L'acqua rende quei solidi più appiccicosi in modo che possano crescere più velocemente. Gli astronomi sospettano che la linea delle nevi del monossido di carbonio abbia un impatto simile a quella dell'acqua».

I ricercatori sperano di utilizzare le loro osservazioni sulla linea di neve di questo disco per testare teorie su come le linee di neve facilitino la formazione di pianeti in altri dischi.

"Con le capacità dell'Atacama Array e questa nuova tecnica, gli astronomi possono finalmente tracciare la formazione dei pianeti in azione, " ha detto Bergin. "Questa è un'informazione fondamentale necessaria per confermare le teorie sulla nascita planetaria, e la nostra contabilità di massa suggerisce che la formazione dei pianeti è iniziata e che questo disco è sulla buona strada per creare nuovi pianeti".