I pianeti si formano in dischi di polvere e gas chiamati dischi protoplanetari che ruotano attorno a una protostella centrale durante il suo assemblaggio finale. Sebbene siano state fotografate diverse dozzine di tali dischi, finora solo due pianeti sono stati colti nell'atto di formarsi. Ora, gli astronomi stanno puntando i potenti strumenti a bordo del James Webb Space Telescope verso i dischi protoplanetari per cercare di trovare i primi indizi sui modi in cui si formano i pianeti e su come questi pianeti influenzano il loro disco natale.
Un trio di studi condotti dall’Università del Michigan, dall’Università dell’Arizona e dall’Università di Victoria ha combinato le immagini di JWST con osservazioni precedenti effettuate dal telescopio spaziale Hubble e dall’Atacama Large Millimeter Array, o ALMA, in Cile. Sulla base delle osservazioni ausiliarie, il team ha utilizzato JWST per osservare i dischi protoplanetari HL Tau, SAO 206462 e MWC 758 nella speranza di rilevare eventuali pianeti che potrebbero formarsi.
Negli articoli pubblicati su The Astronomical Journal , i ricercatori hanno messo insieme interazioni mai viste prima tra il disco di formazione planetaria e l'involucro di gas e polvere che circonda le giovani stelle al centro dei dischi protoplanetari.
Lo studio dell'UM, condotto dall'astronomo dell'UM Gabriele Cugno, ha puntato JWST su un disco che circonda una protostella chiamata SAO 206462. Lì, i ricercatori hanno potenzialmente trovato un pianeta candidato nell'atto di formarsi in un disco protoplanetario, ma non era il pianeta che stavano cercando. ci si aspetta di trovare.
"Diverse simulazioni suggeriscono che il pianeta dovrebbe trovarsi all'interno del disco, massiccio, grande, caldo e luminoso. Ma non l'abbiamo trovato. Ciò significa che o il pianeta è molto più freddo di quanto pensiamo, oppure potrebbe essere oscurato da qualche materiale che ci impedisce di vederlo", ha detto Cugno, anche coautore di tutti e tre gli articoli. "Quello che abbiamo trovato è un candidato pianeta diverso, ma non possiamo dire con certezza al 100% se si tratta di un pianeta o di una debole stella sullo sfondo o di una galassia che contamina la nostra immagine. Le osservazioni future ci aiuteranno a capire esattamente cosa stiamo guardando."
Gli astronomi hanno osservato il disco in passato, in particolare con il telescopio spaziale Hubble, il telescopio Subaru, il Very Large Telescope e ALMA. Queste osservazioni mostrano un disco composto da due forti spirali, probabilmente lanciate da un pianeta in formazione. Il pianeta che il team della UM si aspettava di trovare è un tipo chiamato gigante gassoso, pianeti composti principalmente da idrogeno ed elio, simili a Giove nel nostro sistema solare.
"Il problema è che qualunque cosa stiamo cercando di rilevare è centinaia di migliaia, se non milioni di volte, più debole della stella", ha detto Cugno. "È come cercare di individuare una piccola lampadina accanto a un faro."
Per osservare più da vicino il disco, il team ha utilizzato uno strumento su JWST chiamato NIRCam. NIRCam rileva la luce infrarossa e gli astronomi hanno utilizzato lo strumento impiegando una tecnica chiamata imaging differenziale angolare. Questa tecnica può essere utilizzata per rilevare sia la radiazione termica del pianeta, come ha fatto il team per rilevare il pianeta candidato, sia linee di emissione specifiche associate al materiale che cade sul pianeta e colpisce la sua superficie ad alta velocità.
"Quando il materiale cade sul pianeta, colpisce la superficie ed emette una linea di emissione a lunghezze d'onda specifiche", ha detto Cugno. "Utilizziamo una serie di filtri a banda stretta per cercare di rilevare questo accrescimento. Questo è stato fatto in precedenza da terra a lunghezze d'onda ottiche, ma questa è la prima volta che è stato fatto nell'infrarosso con JWST."
Immaginare la "materia prima" dei pianeti
L'articolo dell'Università di Victoria, condotto dallo studente di astronomia Camryn Mullin, descrive le immagini del disco che circonda la giovane stella HL Tau.
"HL Tau è il sistema più giovane nella nostra indagine, ed è ancora circondato da un denso afflusso di polvere e gas che cade sul disco", ha detto Mullin, coautore di tutti e tre gli studi. "Siamo rimasti stupiti dal livello di dettaglio con cui abbiamo potuto vedere questo materiale circostante con JWST, ma sfortunatamente oscura qualsiasi segnale proveniente da potenziali pianeti. "
Il disco di HL Tau è noto per avere diversi anelli e spazi vuoti su scala del sistema solare che potrebbero ospitare pianeti.
"Anche se ci sono moltissime prove della formazione in corso dei pianeti, HL Tau è troppo giovane e con troppa polvere interposta per vedere i pianeti direttamente", ha detto Jarron Leisenring, il ricercatore principale della campagna di osservazione alla ricerca di pianeti in formazione e astronomo presso l'Università. dell'Osservatorio Steward dell'Arizona. "Abbiamo già iniziato a esaminare altri sistemi giovani con pianeti conosciuti per contribuire a formare un quadro più completo."
Tuttavia, con sorpresa del team, JWST ha rivelato dettagli inaspettati di una caratteristica diversa:l'involucro protostellare, che è essenzialmente un denso afflusso di polvere e gas che circonda la giovane stella che sta appena iniziando a coalizzarsi, secondo Leisenring. Sotto l'influenza della gravità, il materiale del mezzo interstellare cade verso l'interno, sulla stella e sul disco, dove funge da materia prima per i pianeti e i loro precursori.
Lo studio UArizona, condotto da Kevin Wagner, un NASA Hubble/Sagan Fellow presso l'UArizona Steward Observatory, ha esaminato il disco protoplanetario di MWC 758. Similmente a SAO 206462, precedenti osservazioni del team guidato da UArizona hanno rivelato la formazione di bracci a spirale nel disco, suggerendo su un pianeta massiccio in orbita attorno alla sua stella ospite.
Sebbene non siano stati rilevati nuovi pianeti nel disco durante le osservazioni più recenti, la sensibilità è innovativa, dicono i ricercatori, poiché consente loro di imporre i vincoli più rigorosi finora sui pianeti sospettati. Innanzitutto, i risultati escludono l'esistenza di ulteriori pianeti nelle regioni esterne del MWC 758, coerenti con un singolo pianeta gigante che guida i bracci a spirale.
"La mancanza di pianeti rilevati in tutti e tre i sistemi ci dice che i pianeti che causano le lacune e i bracci a spirale sono troppo vicini alle loro stelle ospiti o troppo deboli per essere visti con JWST", ha detto Wagner, coautore di tutti e tre gli studi. . "Se quest'ultima ipotesi è vera, ci dice che hanno una massa relativamente bassa, una temperatura bassa, avvolti nella polvere o una combinazione dei tre, come è probabile il caso del MWC 758."
Catturare i pianeti nell'atto della formazione è importante perché gli astronomi possono raccogliere informazioni non solo sul processo di formazione, ma anche su come gli elementi chimici vengono distribuiti in un sistema planetario.
"Solo circa il 15% delle stelle come il Sole hanno pianeti come Giove. È davvero importante capire come si formano ed evolvono e perfezionare le nostre teorie", ha affermato Michael Meyer dell'UM, astronomo dell'UM e coautore di tutti e tre gli studi. "Alcuni astronomi pensano che questi pianeti giganti gassosi regolino la fornitura di acqua ai pianeti rocciosi che si formano nelle parti interne dei dischi."
Sapere come questi dischi vengono modellati dai giganti gassosi aiuterà gli astronomi a comprendere le proprietà e l'evoluzione dei dischi protoplanetari che in seguito daranno origine a pianeti rocciosi simili alla Terra, ha affermato Meyer.
"Fondamentalmente in ogni disco che abbiamo osservato con risoluzione e sensibilità sufficientemente elevate, abbiamo visto grandi strutture come spazi vuoti, anelli e, nel caso di SAO 206462, spirali", ha detto Cugno. "La maggior parte, se non tutte, di queste strutture possono essere spiegate con la formazione di pianeti che interagiscono con il materiale del disco, ma esistono altre spiegazioni che non implicano la presenza di pianeti giganti.
"Se riusciamo finalmente a vedere questi pianeti, possiamo collegare alcune delle strutture con i compagni in formazione e mettere in relazione i processi di formazione con le proprietà di altri sistemi in fasi molto successive. Possiamo finalmente unire i punti e capire come i pianeti e i sistemi planetari si evolvono come un tutto."
Ulteriori informazioni: Kevin Wagner et al, Imaging JWST/NIRCam di giovani oggetti stellari. I. Vincoli sui pianeti esterni al disco a spirale attorno a MWC 758, The Astronomical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-3881/ad11d5
Gabriele Cugno et al, JWST/NIRCam Imaging di giovani oggetti stellari. II. Profondi vincoli sui pianeti giganti e su un candidato pianeta al di fuori del disco a spirale attorno a SAO 206462, The Astronomical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-3881/ad1ffc
Camryn Mullin et al, JWST/NIRCam Imaging di giovani oggetti stellari. III. Immagini dettagliate dell'ambiente nebulare attorno al disco HL Tau, The Astronomical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-3881/ad2de9
Informazioni sul giornale: Giornale astronomico
Fornito dall'Università del Michigan
