Quando gli scienziati degli esopianeti hanno individuato per la prima volta modelli in dischi di polvere e gas attorno a giovani stelle, pensavano che i pianeti appena formati potessero essere la causa. Ma un recente studio della NASA avverte che potrebbe esserci un'altra spiegazione, una che non coinvolge affatto i pianeti.

I cacciatori di esopianeti osservano le stelle alla ricerca di alcuni segni rivelatori che potrebbero esserci pianeti in orbita, come cambiamenti nel colore e nella luminosità della luce delle stelle. Per le giovani stelle, che sono spesso circondati da dischi di polvere e gas, gli scienziati cercano modelli nei detriti, come anelli, archi e spirali, che potrebbero essere causati da un mondo in orbita.

"Stiamo esplorando quello che pensiamo sia il principale contendente alternativo all'ipotesi del pianeta, che è che la polvere e il gas nel disco formano i modelli quando vengono colpiti dalla luce ultravioletta, "ha detto Marc Kuchner, un astrofisico del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland.

Kuchner ha presentato i risultati del nuovo studio giovedì, 11 gennaio all'incontro dell'American Astronomical Society a Washington. Un documento che descrive i risultati è stato presentato a The Giornale Astrofisico .

Quando la luce delle stelle UV ad alta energia colpisce i granelli di polvere, toglie gli elettroni. Quegli elettroni si scontrano e riscaldano il gas vicino. Mentre il gas si scalda, la sua pressione aumenta e intrappola più polvere, che a sua volta riscalda più gas. Il ciclo risultante, chiamata instabilità fotoelettrica (PeI), può lavorare in tandem con altre forze per creare alcune delle caratteristiche che gli astronomi hanno precedentemente associato ai pianeti nei dischi di detriti.

Kuchner e i suoi colleghi hanno progettato simulazioni al computer per comprendere meglio questi effetti. La ricerca è stata condotta da Alexander Richert, uno studente di dottorato alla Penn State di University Park, Pennsylvania, e include Wladimir Lyra, professore di astronomia alla California State University, Northridge e ricercatore associato al Jet Propulstion Laboratory della NASA a Pasadena, California. Le simulazioni sono state eseguite sul cluster di supercalcolo Discover presso il NASA Center for Climate Simulation a Goddard.

Nel 2013, Lyra e Kuchner hanno suggerito che PeI potrebbe spiegare gli anelli stretti visti in alcuni dischi. Il loro modello prevedeva anche che alcuni dischi avrebbero avuto archi, o anelli incompleti, che sono stati osservati per la prima volta direttamente nel 2016.

"La gente molto spesso modella questi sistemi con i pianeti, ma se vuoi sapere che aspetto ha un disco con un pianeta, devi prima sapere che aspetto ha un disco senza un pianeta, " ha detto Richer.

Richert è l'autore principale del nuovo studio, che si basa sulle precedenti simulazioni di Lyra e Kuchner includendo un nuovo fattore aggiuntivo:pressione di radiazione, una forza causata dalla luce delle stelle che colpisce i grani di polvere.

La luce esercita una minuscola forza fisica su tutto ciò che incontra. Questa pressione di radiazione spinge le vele solari e aiuta a dirigere le code delle comete in modo che puntino sempre lontano dal Sole. La stessa forza può spingere la polvere in orbite altamente eccentriche, e persino soffiare completamente fuori dal disco alcuni dei grani più piccoli.

I ricercatori hanno modellato il modo in cui la pressione delle radiazioni e il PeI lavorano insieme per influenzare il movimento di polvere e gas. Hanno anche scoperto che le due forze manifestano modelli diversi a seconda delle proprietà fisiche della polvere e del gas.

Le simulazioni del PeI del 2013 hanno rivelato come polvere e gas interagiscono per creare anelli e archi, come quelli osservati intorno alla vera stella HD 141569A. Con l'inclusione della pressione di radiazione, i modelli del 2017 mostrano come questi due fattori possano creare spirali come quelle osservate anche intorno alla stessa stella. Anche se i pianeti possono causare questi schemi, i nuovi modelli mostrano che gli scienziati dovrebbero evitare di trarre conclusioni affrettate.

"Carl Sagan diceva che affermazioni straordinarie richiedono prove straordinarie, " ha detto Lyra. "Sento che a volte siamo troppo veloci per saltare all'idea che le strutture che vediamo siano causate dai pianeti. Questo è ciò che considero un'affermazione straordinaria. Dobbiamo escludere tutto il resto prima di affermarlo".

Kuchner e i suoi colleghi hanno affermato che continueranno a considerare altri parametri nelle loro simulazioni, come turbolenze e diversi tipi di polvere e gas. Intendono anche modellare il modo in cui questi fattori potrebbero contribuire alla formazione di modelli attorno a diversi tipi di stelle.