Il James Webb Space Telescope (JWST) sta aiutando gli scienziati a scoprire come si formano i pianeti, migliorando la comprensione dei loro luoghi di nascita e dei dischi circumstellari che circondano le giovani stelle.
In un articolo pubblicato su The Astronomical Journal , un team di scienziati, guidato da Naman Bajaj dell'Università dell'Arizona e comprendente la dottoressa Uma Gorti del SETI Institute, ha ottenuto per la prima volta immagini dei venti di un vecchio disco di formazione planetaria (ancora molto giovane rispetto al Sole) che è disperdendo attivamente il suo contenuto di gas. Il disco è stato ripreso in precedenza, ma i venti dei vecchi dischi no. Sapere quando il gas si disperde è importante, poiché limita il tempo rimasto ai pianeti nascenti per consumare il gas dall'ambiente circostante.
Al centro di questa scoperta c’è l’osservazione di TCha, una stella giovane (rispetto al Sole) avvolta da un disco in erosione notevole per il suo vasto spazio di polvere, di circa 30 unità astronomiche di raggio. Per la prima volta, gli astronomi hanno fotografato il gas di dispersione (ovvero i venti) utilizzando le quattro linee dei gas nobili neon (Ne) e argon (Ar), una delle quali è la prima rilevazione in un disco di formazione planetaria. Le immagini di [Ne II] mostrano che il vento proviene da una regione estesa del disco.
Il team, che fa parte di un programma JWST guidato da Ilaria Pascucci (Università dell'Arizona), è anche interessato a sapere come avviene questo processo in modo da poter comprendere meglio la storia e l'impatto sul nostro sistema solare.
"Questi venti potrebbero essere guidati da fotoni stellari ad alta energia (la luce della stella) o dal campo magnetico che intreccia il disco di formazione del pianeta", ha detto Bajaj.
La dottoressa Gorti del SETI Institute conduce da decenni ricerche sulla dispersione del disco e, insieme al suo collega, ha predetto la forte emissione di argon che JWST ha ora rilevato. È "entusiasta di poter finalmente districare le condizioni fisiche nel vento per capire come si lanciano."
I sistemi planetari come il nostro sistema solare sembrano contenere più oggetti rocciosi di quelli ricchi di gas. Intorno al nostro sole, questi includono i pianeti interni, la fascia degli asteroidi e la fascia di Kuiper. Ma gli scienziati sanno da molto tempo che i dischi che formano i pianeti iniziano con una massa di gas 100 volte maggiore rispetto a quella dei solidi, il che porta a una domanda urgente:quando e come la maggior parte del gas lascia il disco/sistema?
Durante le primissime fasi della formazione del sistema planetario, i pianeti si uniscono in un disco rotante di gas e minuscola polvere attorno alla giovane stella. Queste particelle si aggregano, formando pezzi sempre più grandi chiamati planetesimi. Nel corso del tempo, questi planetesimi si scontrano e si uniscono, formando infine i pianeti. Il tipo, le dimensioni e la posizione dei pianeti che si formano dipendono dalla quantità di materiale disponibile e da quanto tempo rimane nel disco. Quindi, l'esito della formazione dei pianeti dipende dall'evoluzione e dalla dispersione del disco.
Lo stesso gruppo, in un altro articolo guidato dal dottor Andrew Sellek dell'Osservatorio di Leiden, ha eseguito simulazioni della dispersione guidata dai fotoni stellari per differenziare tra i due. Confrontano queste simulazioni con le osservazioni reali e scoprono che la dispersione da parte di fotoni stellari ad alta energia può spiegare le osservazioni e quindi non può essere esclusa come possibilità.
Il dottor Sellek ha descritto come "la misurazione simultanea di tutte e quattro le linee da parte del JWST si è rivelata cruciale per definire le proprietà del vento e ci ha aiutato a dimostrare che vengono disperse quantità significative di gas."
Per contestualizzarlo, i ricercatori calcolano che la massa che si disperde ogni anno è equivalente a quella della Luna. Un articolo complementare, attualmente in fase di revisione da parte di The Astronomical Journal , descriverà in dettaglio questi risultati.
La linea [Ne II] è stata scoperta per la prima volta verso diversi dischi di formazione planetaria nel 2007 con il telescopio spaziale Spitzer ed è stata presto identificata come tracciante dei venti dal responsabile del progetto, il Prof. Pascucci dell'Università dell'Arizona; ciò ha trasformato gli sforzi di ricerca incentrati sulla comprensione della dispersione del gas nel disco. La scoperta di [Ne II] risolto spazialmente e il primo rilevamento di [Ar III] utilizzando il JWST potrebbero diventare il passo successivo verso la trasformazione della nostra comprensione di questo processo.
"Abbiamo utilizzato per la prima volta il neon per studiare i dischi di formazione planetaria più di dieci anni fa, testando le nostre simulazioni computazionali confrontandole con i dati di Spitzer e con le nuove osservazioni ottenute con il VLT dell'ESO," ha affermato il professor Richard Alexander della Scuola di Fisica e Scienze dell'Università di Leicester. Astronomia. Abbiamo imparato molto, ma quelle osservazioni non ci hanno permesso di misurare quanta massa stavano perdendo i dischi. I nuovi dati JWST sono spettacolari e riuscire a risolvere i venti del disco nelle immagini è qualcosa che non avrei mai pensato fosse possibile. Con altre osservazioni come questa ancora in arrivo, JWST ci consentirà di comprendere i sistemi planetari giovani come mai prima d'ora."
Inoltre, il gruppo ha anche scoperto che il disco interno di T Cha si sta evolvendo su scale temporali molto brevi di decenni; scoprono che lo spettro JWST di T Cha differisce dal precedente spettro di Spitzer. Secondo Chengyan Xie dell’Università dell’Arizona, autore principale di questo lavoro in corso, questa discrepanza potrebbe essere spiegata da un piccolo disco interno asimmetrico che ha perso parte della sua massa in soli 17 anni. Insieme ad altri studi, questo suggerisce anche che il disco di T Cha è alla fine della sua evoluzione.
Xie aggiunge:"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."
Le implicazioni di questi risultati offrono nuove informazioni sulle complesse interazioni che portano alla dispersione del gas e della polvere fondamentali per la formazione dei pianeti. Comprendendo i meccanismi alla base della dispersione del disco, gli scienziati possono prevedere meglio le tempistiche e gli ambienti favorevoli alla nascita dei pianeti. Il lavoro del team dimostra la potenza di JWST e apre un nuovo percorso nell'esplorazione delle dinamiche di formazione dei pianeti e dell'evoluzione dei dischi circumstellari.
I dati utilizzati in questo lavoro sono stati acquisiti con lo strumento JWST/MIRI attraverso il programma General Observers Cycle 1 PID 2260 (PI:I. Pascucci). Il gruppo di ricerca comprende Naman Bajaj (studente laureato), Prof. Ilaria Pascucci, Dr. Uma Gorti, Prof. Richard Alexander, Dr. Andrew Sellek, Dr. Jane Morrison, Prof. Andras Gaspar, Prof. Cathie Clarke, Chengyan Xie (laureato studentessa), Dott.ssa Giulia Ballabio, e Dingshan Deng (studente laureato).
Ulteriori informazioni: Naman S. Bajaj et al, JWST MIRI MRS Osservazioni di T Cha:scoperta di un vento a disco risolto spazialmente, The Astronomical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-3881/ad22e1
Fornito da SETI Institute
