Sistemi solari ancora in formazione, noti come dischi formanti pianeti, sono disponibili in una varietà di forme e dimensioni e alcuni mostrano che corpi come la formazione di pianeti potrebbero aprire percorsi mentre orbitano attorno alle stelle centrali. Un gruppo di ricerca guidato da Thomas Henning del Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg, Germania, esaminerà più di 50 obiettivi, incluso TW Hydrae (a sinistra), HD 135344B (centro), e 2MASS J16281370 (a destra) utilizzando il James Webb Space Telescope della NASA. Le capacità dell'osservatorio nella luce infrarossa e i suoi dati ad alta risoluzione consentiranno loro di modellare in modo molto preciso quali elementi e molecole sono presenti, aggiungendo alla nostra comprensione della composizione di questi dischi che formano pianeti. Credito:NASA, ESA, ESO, STsci, S. Andrews (CfA di Harvard-Smithsonian), B. Saxton (NRAO/AUI/NSF), ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T. Stolker et al.
Viviamo in un sistema solare maturo:si sono formati otto pianeti e diversi pianeti nani (come Plutone), quest'ultimo all'interno della regione piena di rocce e detriti conosciuta come la fascia di Kuiper. Se potessimo tornare indietro nel tempo, cosa vedremmo durante la formazione del nostro sistema solare? Anche se non possiamo rispondere direttamente a questa domanda, i ricercatori possono studiare altri sistemi che si stanno formando attivamente, insieme al mix di gas e polvere che circonda le loro stelle ancora in formazione, per conoscere questo processo.
Un team guidato dal Dr. Thomas Henning del Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg, Germania, impiegherà il prossimo telescopio spaziale James Webb della NASA per esaminare più di 50 dischi che formano pianeti in vari stadi di crescita per determinare quali molecole sono presenti e individuare idealmente le somiglianze, contribuendo a modellare ciò che sappiamo su come si assemblano i sistemi solari.
La loro ricerca con Webb si concentrerà specificamente sui dischi interni di aree relativamente vicine, sistemi di formatura. Sebbene le informazioni su queste regioni siano state ottenute da precedenti telescopi, nessuno corrisponde alla sensibilità di Webb, il che significa che molti più dettagli si riverseranno per la prima volta. Più, La posizione spaziale di Webb a circa un milione di miglia (1,5 milioni di chilometri) dalla Terra gli darà una visione senza ostacoli dei suoi obiettivi. "Webb fornirà dati univoci che non possiamo ottenere in altro modo, " ha affermato Inga Kamp del Kapteyn Astronomical Institute dell'Università di Groningen nei Paesi Bassi. "Le sue osservazioni forniranno inventari molecolari dei dischi interni di questi sistemi solari".
Questo programma di ricerca raccoglierà principalmente dati sotto forma di spettri. Gli spettri sono come arcobaleni:diffondono la luce nelle lunghezze d'onda componenti per rivelare informazioni ad alta risoluzione sulle temperature, velocità, e le composizioni del gas e della polvere. Queste informazioni incredibilmente ricche consentiranno ai ricercatori di costruire modelli molto più dettagliati di ciò che è presente nei dischi interni e dove. "Se applichi un modello a questi spettri, puoi scoprire dove si trovano le molecole e qual è la loro temperatura, "Ha spiegato Henning.
Queste osservazioni saranno incredibilmente preziose per aiutare i ricercatori a individuare somiglianze e differenze tra questi dischi che formano pianeti, noti anche come dischi protoplanetari. "Cosa possiamo imparare dalla spettroscopia che non possiamo imparare dall'imaging? Tutto!" esclamò Ewine van Dishoeck dell'Università di Leiden nei Paesi Bassi. "Uno spettro vale mille immagini."
Questa infografica è una rappresentazione artistica semplificata della formazione dei pianeti, seguendo il formato di una ricetta da forno. Credito:L. Hustak (STScI)
Una "montagna" di nuovi dati
I ricercatori hanno studiato a lungo i dischi protoplanetari in una varietà di lunghezze d'onda della luce, dalla radio al vicino infrarosso. Alcuni dei dati esistenti del team provengono dall'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Cile, che raccoglie la luce radio. ALMA eccelle nella costruzione di immagini dei dischi esterni. Se dovessi confrontare l'ampiezza dei loro dischi esterni con la dimensione del nostro Sistema Solare, questa regione è oltre l'orbita di Saturno. I dati di Webb completeranno il quadro aiutando i ricercatori a modellare i dischi interni.
Esistono già alcuni dati su questi dischi interni - lo Spitzer Space Telescope della NASA in pensione è servito da esploratore - ma la sensibilità e la risoluzione di Webb sono necessarie per identificare le quantità precise di ciascuna molecola e le composizioni elementari del gas con i suoi dati, noto come spettri. "Quello che era un picco molto sfocato nello spettro sarà composto da centinaia se non migliaia di righe spettrali dettagliate, " ha detto van Dishoeck.
La specialità di Webb nel medio infrarosso è particolarmente importante. Consentirà ai ricercatori di identificare le "impronte digitali" di molecole come l'acqua, diossido di carbonio, metano, e ammoniaca, che non può essere identificata con nessun altro strumento esistente. L'osservatorio determinerà anche l'impatto della luce delle stelle sulla chimica e sulle strutture fisiche dei dischi.
I dischi protoplanetari sono sistemi complessi. Mentre si formano, la loro miscela di gas e polvere è distribuita in anelli attraverso il sistema. I loro materiali viaggiano dal disco esterno al disco interno, ma come? "La parte interna del disco è un luogo molto dinamico, " spiega Tom Ray del Dublin Institute for Advanced Studies in Irlanda. "Non è solo dove si formano i pianeti di tipo terrestre, ma è anche il luogo in cui le stelle lanciano getti supersonici".
I getti emessi dalla stella portano a un mescolamento di elementi nei dischi interni ed esterni, sia emettendo particelle sia permettendo ad altre particelle di muoversi verso l'interno. "Pensiamo che come foglie di materiale, perde il suo giro, o momento angolare, e che questo permette ad altro materiale di muoversi verso l'interno, "Continuò Ray. "Questi scambi di materiale avranno ovviamente un impatto sulla chimica del disco interno, che siamo entusiasti di esplorare con Webb."
Ti aspettano intuizioni entusiasmanti
PDS 70 è più lontano a 370 anni luce di distanza. Ha anche un ampio spazio nel suo anello interno, inoltre i dati hanno rivelato che due pianeti in formazione, conosciuti come protopianeti, sono presenti e raccolgono materiale. "Le misurazioni del medio infrarosso di Webb ci aiuteranno a perfezionare ciò che sappiamo su di loro, così come il materiale che li circonda, " ha spiegato Kamp.
Con dozzine di obiettivi nella loro lista, è difficile per i membri della squadra giocare ai preferiti. "Li amo tutti, Henning ha detto. "Una domanda a cui vorrei rispondere riguarda la connessione tra la composizione dei dischi che formano i pianeti ei pianeti stessi. Con Webb, osserveremo molti più dettagli su quali tipi di materiale sono disponibili per l'accrescimento di un potenziale pianeta".
Dopo aver affinato i dati, il suo team applicherà i punti dati discreti ai modelli. "Questo ci permetterà di fare una ricostruzione grafica di questi sistemi, " ha continuato. Questi modelli saranno condivisi con la comunità astronomica, consentendo ad altri scienziati di esaminare i dati, e fare le proprie proiezioni o raccogliere nuove scoperte. Questi studi saranno condotti attraverso un programma di Osservazioni in Tempo Garantito (GTO).