I luoghi di nascita dei pianeti sono dischi fatti di gas e polvere. Gli astronomi studiano questi cosiddetti dischi protoplanetari per comprendere i processi di formazione dei pianeti. Bellissime immagini di dischi realizzati con l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) come gli spazi distinti e le caratteristiche degli anelli nella polvere, che può essere causato da pianeti infantili.

Per avere più certezza che queste lacune siano effettivamente causate dai pianeti, e per avere una visione più completa della formazione dei pianeti, gli scienziati studiano il gas nei dischi oltre alla polvere. Il 99 percento della massa di un disco protoplanetario è gas, di cui il monossido di carbonio (CO) è il componente più brillante, emettendo a una luce di lunghezza d'onda millimetrica molto caratteristica che ALMA può osservare.

L'anno scorso, due squadre di astronomi hanno dimostrato una nuova tecnica di caccia ai pianeti usando questo gas. Hanno misurato la velocità del gas CO che ruota nel disco attorno alla giovane stella HD 163296. Disturbi localizzati nei movimenti del gas hanno rivelato tre modelli simili a pianeti nel disco.

In questo nuovo studio, l'autore principale Richard Teague dell'Università del Michigan e il suo team hanno utilizzato nuovi dati ALMA ad alta risoluzione dal Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP) per studiare la velocità del gas in modo più dettagliato. "Con i dati ad alta fedeltà di questo programma, siamo stati in grado di misurare la velocità del gas in tre direzioni anziché in una sola, " disse Teague. "Per la prima volta, abbiamo misurato il moto del gas che ruota intorno alla stella, verso o lontano dalla stella, e su o giù nel disco."

Flussi di gas unici

Teague e i suoi colleghi hanno visto il gas spostarsi dagli strati superiori verso il centro del disco in tre punti diversi. "Quello che molto probabilmente accade è che un pianeta in orbita attorno alla stella spinge da parte il gas e la polvere, aprendo un varco, "Teague ha spiegato. "Il gas sopra il divario poi collassa in esso come una cascata, provocando un flusso rotazionale di gas nel disco."

Questa è la migliore prova fino ad oggi che ci sono davvero pianeti che si stanno formando intorno a HD 163296. Ma gli astronomi non possono dire con certezza al cento per cento che i flussi di gas siano causati dai pianeti. Per esempio, il campo magnetico della stella potrebbe anche causare disturbi nel gas. "Proprio adesso, solo un'osservazione diretta dei pianeti potrebbe escludere le altre opzioni. Ma i modelli di questi flussi di gas sono unici ed è molto probabile che possano essere causati solo dai pianeti, " ha affermato il coautore Jaehan Bae del Carnegie Institution for Science, che ha testato questa teoria con una simulazione al computer del disco.

La posizione dei tre pianeti previsti in questo studio corrisponde ai risultati dello scorso anno:probabilmente si trovano a 87, 140 e 237 UA. (Un'unità astronomica—AU—è la distanza media dalla Terra al Sole.) Si calcola che il pianeta più vicino a HD 163296 sia la metà della massa di Giove, il pianeta di mezzo è la massa di Giove, e il pianeta più lontano è due volte più massiccio di Giove.

Atmosfere planetarie

I flussi di gas dalla superficie verso il piano medio del disco protoplanetario sono stati previsti dai modelli teorici fin dalla fine degli anni '90, ma questa è la prima volta che sono stati osservati. Non solo possono essere usati per rilevare pianeti neonati, modellano anche la nostra comprensione di come i pianeti giganti gassosi ottengono le loro atmosfere.

"I pianeti si formano nello strato intermedio del disco, il cosiddetto piano intermedio. Questo è un posto freddo, schermato dalle radiazioni della stella, "Teague ha spiegato. "Pensiamo che le lacune causate dai pianeti portino gas più caldo dagli strati esterni più chimicamente attivi del disco, e che questo gas formerà l'atmosfera del pianeta."

Teague e il suo team non si aspettavano di vedere questo fenomeno. "Il disco intorno a HD 163296 è il disco più luminoso e più grande che possiamo vedere con ALMA, " ha detto Teague. "Ma è stata una grande sorpresa vedere effettivamente questi flussi di gas così chiaramente. I dischi sembrano essere molto più dinamici di quanto pensassimo".

"Questo ci dà un quadro molto più completo della formazione dei pianeti di quanto avessimo mai sognato, ", ha affermato il coautore Ted Bergin dell'Università del Michigan. "Caratterizzando questi flussi possiamo determinare come nascono pianeti come Giove e caratterizzare la loro composizione chimica alla nascita. Potremmo essere in grado di usarlo per rintracciare il luogo di nascita di questi pianeti, in quanto possono muoversi durante la formazione."