Ogni volta che si forma una stella, rappresenta un'esplosione di possibilità. Non per la stella stessa; il suo destino è governato dalla sua massa. Le possibilità che significa sono nei pianeti che si formano attorno ad esso. Alcuni saranno rocciosi? Saranno nella zona abitabile? Un giorno ci sarà vita su qualche pianeta?
C'è un punto nello sviluppo di ogni sistema stellare in cui non può più formare pianeti. Non possono più formarsi pianeti perché non ci sono più gas e polvere disponibili e le possibilità di espansione planetaria sono ridotte. Ma la massa totale dei pianeti di un sistema stellare non raggiunge mai la massa totale di gas e polvere disponibile attorno alla giovane stella.
Cosa succede alla massa e perché non si possono formare più pianeti?
Quando una protostella si forma in una nube di idrogeno molecolare, è accompagnata da un disco rotante di gas e polvere chiamato disco circumstellare. Man mano che la materia si accumula in corpi sempre più grandi, i planetesimi formano e, infine, i pianeti. A quel punto, il disco viene definito disco protoplanetario. Ma comunque lo chiamiamo, il disco rotante è il serbatoio di materiale da cui si formano i pianeti.
Nel nostro sistema solare ci sono più oggetti rocciosi che gassosi. Non in massa ma in numero. Gli scienziati pensano che sistemi simili al nostro formino un numero simile di oggetti rocciosi e gassosi.
Ma agli albori del sistema solare, c’era molto più gas che solidi. Ciò contraddice il fatto che i dischi attorno alle giovani stelle contengono 100 volte più gas di quanto contengono i solidi. Dove va a finire tutto il gas?
Una nuova ricerca basata sulle osservazioni JWST fornisce una risposta. Lo studio è "JWST MIRI MRS Observations of T Cha:Discovery of a Spatially Resolved Disk Wind". È pubblicato su The Astronomical Journal e l'autore principale è Naman S. Bajaj, uno studente di dottorato presso il Lunar and Planetary Laboratory dell'Università dell'Arizona.
T Chamaelontis (T Cha) è una giovane stella T Tauri situata a circa 335 anni luce di distanza. Le stelle T Tauri hanno meno di 10 milioni di anni e non sono ancora entrate nella sequenza principale. A questo punto del loro sviluppo, i dischi attorno alle stelle T Tauri si stanno dissipando. Il gas nel disco viene attivamente disperso nello spazio.
"Sapere quando il gas si disperde è importante perché ci dà un'idea migliore di quanto tempo hanno i pianeti gassosi per consumare il gas dall'ambiente circostante", ha detto l'autore principale Bajaj. "Con scorci senza precedenti su questi dischi che circondano le giovani stelle, i luoghi di nascita dei pianeti, JWST ci aiuta a scoprire come si formano i pianeti."
Poiché il tipo e il numero di pianeti formati in un disco attorno a una stella dipende dalla quantità di gas e polvere disponibili, sapere come e quando si disperde è fondamentale per comprendere l'eventuale sistema stellare.
"Quindi, in breve, l'esito della formazione dei pianeti dipende dall'evoluzione e dalla dispersione del disco", ha detto Bajaj.
T Cha è degno di nota per un altro motivo che va oltre la sua giovane età. Il suo disco circumstellare in erosione contiene un vasto spazio di polvere largo circa 30 unità astronomiche. All'interno dello spazio vuoto c'è uno stretto anello di materiale vicino alla stella, mentre all'esterno dello spazio vuoto c'è il resto del materiale del disco. Un candidato planetario è nell'intervallo ma non fa parte di questa ricerca.
La forza che disperde il gas è chiamata vento del disco. In questa ricerca, gli scienziati coinvolti hanno utilizzato il JWST per sondare il disco e scoprire cosa spinge il vento. Questa è la prima volta che gli scienziati hanno fotografato il disco del vento.
La ionizzazione gioca un ruolo importante nella dispersione del disco. La ionizzazione avviene quando i fotoni energetici di una stella colpiscono un atomo e rimuovono uno o più elettroni. La ionizzazione di diversi tipi di atomi rilascia una luce particolare che il JWST può vedere e che gli scienziati possono utilizzare per tracciare l'attività nel disco. In questa ricerca, il JWST ha rilevato la ionizzazione di due gas nobili:argon e neon. Il JWST ha rilevato anche l'argon doppiamente ionizzato, la prima volta che è stato rilevato in un disco.
Gli astronomi sanno da un decennio che Ne ii traccia i venti del disco. Lo hanno scoperto gli scienziati che lavorano con il telescopio spaziale Spitzer della NASA. A T Cha, il Ne ii traccia l'emissione lontano dal disco, che è compatibile con il vento del disco.
"La firma al neon nelle nostre immagini ci dice che il vento del disco proviene da una regione estesa lontana dal disco", ha detto Bajaj. "Questi venti potrebbero essere guidati da fotoni ad alta energia, essenzialmente la luce che fluisce dalla stella, o dal campo magnetico che si intreccia attraverso il disco di formazione del pianeta."
È fondamentale comprendere la fonte della ionizzazione. Per approfondirlo, i ricercatori si sono affidati a simulazioni. I ricercatori hanno simulato l'intensa radiazione proveniente dalla giovane stella e l'hanno confrontata con le osservazioni del JWST. C'è stata una buona corrispondenza che ha dimostrato che i fotoni stellari energetici possono guidare la dispersione del disco.
"La nostra scoperta dell'emissione di neon risolta spazialmente - e il primo rilevamento di argon doppiamente ionizzato - utilizzando il telescopio spaziale James Webb potrebbero diventare il passo successivo verso la trasformazione della nostra comprensione di come il gas si libera da un disco di formazione planetaria", ha affermato Ilaria Pascucci, un professore della LPL che ha contribuito a scoprire che il neon traccia i venti del disco. "Queste informazioni ci aiuteranno a farci un'idea migliore della storia e dell'impatto sul nostro sistema stellare."
Essendo una giovane stella di T Tauri, T Cha sta cambiando rapidamente. Precedenti osservazioni effettuate circa 17 anni fa con Spitzer hanno rivelato uno spettro diverso rispetto a queste osservazioni con il JWST. Le differenze possono essere spiegate da un piccolo disco interno di materiale vicino a T Cha che ha perso notevole massa negli ultimi 17 anni. In termini scientifici specifici, il flusso MIRI [Ne ii] è superiore del 50% rispetto al flusso Spitzer ottenuto nel 2006. Studi futuri possono aiutare a gettare ancora più luce su queste linee diagnostiche del vento.
Chengyan Xie, uno studente di dottorato del secondo anno presso LPL coinvolto nella ricerca, ritiene che stiamo osservando la dispersione del disco in tempo reale e che le cose continueranno a cambiare rapidamente.
"Insieme agli altri studi, questo suggerisce anche che il disco di T Cha è alla fine della sua evoluzione", ha detto Xie. "Potremmo essere in grado di assistere alla dispersione di tutta la massa di polvere nel disco interno di T Cha nel corso della nostra vita."
La formazione dei pianeti potrebbe essere sul punto di arrestarsi a T Cha e il JWST ci sta aiutando a vederlo accadere.
Ulteriori informazioni: Naman S. Bajaj et al, JWST MIRI MRS Osservazioni di T Cha:scoperta di un vento del disco spazialmente risolto, The Astronomical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-3881/ad22e1
Informazioni sul giornale: Giornale astronomico
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