Un team di ricerca, tra cui astronomi del Max Planck Institute for Astronomy (MPIA), ha rilevato una struttura a tre anelli nel vivaio di pianeti nel disco interno di formazione planetaria di una giovane stella. Questa configurazione suggerisce che due pianeti di massa gioviana si stiano formando negli spazi tra gli anelli. L’analisi dettagliata è coerente con abbondanti grani di ferro solido che completano la composizione della polvere. Di conseguenza, il disco probabilmente ospita metalli e minerali simili a quelli dei pianeti terrestri del Sistema Solare. Offre uno sguardo su condizioni simili al Sistema Solare primordiale oltre quattro miliardi di anni fa, durante la formazione di pianeti rocciosi come Mercurio, Venere e Terra.
Studiando lo stato attuale del nostro pianeta natale e di altri oggetti del Sistema Solare, i ricercatori hanno sviluppato un quadro dettagliato delle condizioni in cui si sono evoluti da un disco fatto di polvere e gas che circondava il Sole neonato circa 4,5 miliardi di anni fa.
Con i progressi mozzafiato compiuti nella ricerca sulla formazione di stelle e pianeti che mirano a oggetti celesti lontani, possiamo ora studiare le condizioni negli ambienti intorno alle giovani stelle e confrontarle con quelle derivate per il Sistema Solare primordiale.
Utilizzando il Very Large Telescope Interferometer (VLTI) dell’Osservatorio Europeo Australe (ESO), un team internazionale di ricercatori guidato da József Varga dell’Osservatorio Konkoly di Budapest, in Ungheria, ha fatto proprio questo.
Hanno osservato il disco di formazione planetaria della giovane stella HD 144432, a circa 500 anni luce di distanza.
“Studiando la distribuzione della polvere nella regione più interna del disco, abbiamo rilevato per la prima volta una struttura complessa in cui la polvere si accumula in tre anelli concentrici in un ambiente di questo tipo“, afferma Roy van Boekel.
È uno scienziato presso il Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) di Heidelberg, in Germania, e co-autore dell’articolo di ricerca che verrà pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics.
“Quella regione corrisponde alla zona in cui si sono formati i pianeti rocciosi nel Sistema Solare“, aggiunge van Boekel.
Rispetto al Sistema Solare, il primo anello attorno a HD 144432 si trova all’interno dell’orbita di Mercurio e il secondo è vicino alla traiettoria di Marte. Inoltre, il terzo anello corrisponde all’incirca all’orbita di Giove.
Fino ad ora, gli astronomi hanno trovato tali configurazioni prevalentemente su scale più grandi corrispondenti ai regni oltre il punto in cui Saturno gira intorno al Sole.
I sistemi di anelli nei dischi intorno alle giovani stelle generalmente indicano che i pianeti si formano all’interno delle lacune mentre accumulano polvere e gas lungo il loro percorso.
Tuttavia, HD 144432 è il primo esempio di un sistema di anelli così complesso così vicino alla sua stella ospite. Si trova in una zona ricca di polvere, l’elemento costitutivo dei pianeti rocciosi come la Terra.
Supponendo che gli anelli indichino la presenza di due pianeti che si formano all’interno delle lacune, gli astronomi hanno stimato che le loro masse assomiglino all’incirca a quella di Giove.
Le condizioni potrebbero essere simili a quelle del Sistema Solare primordiale
Gli astronomi hanno determinato la composizione della polvere attraverso il disco fino a una separazione dalla stella centrale che corrisponde alla distanza di Giove dal Sole.
Ciò che hanno scoperto è molto familiare agli scienziati che studiano la Terra e i pianeti rocciosi del Sistema Solare: vari silicati (composti metallo-silicio-ossigeno) e altri minerali presenti nella crosta terrestre e nel mantello, e forse ferro metallico come è presente nei nuclei di Mercurio e della Terra. Se confermato, questo studio sarebbe il primo ad aver scoperto il ferro in un disco di formazione planetaria.
“Finora gli astronomi hanno spiegato le osservazioni di dischi polverosi con una miscela di polvere di carbonio e silicato, materiali che vediamo quasi ovunque nell’Universo“, spiega van Boekel.
Tuttavia, da un punto di vista chimico, una miscela di ferro e silicato è più plausibile per le regioni calde del disco interno.
E in effetti, il modello chimico che Varga, l’autore principale dell’articolo di ricerca sottostante, ha applicato ai dati produce risultati più adatti quando si introduce il ferro al posto del carbonio.
Inoltre, la polvere osservata nel disco HD 144432 può essere calda fino a 1800 Kelvin (circa 1500 gradi Celsius) sul bordo interno e moderata fino a 300 Kelvin (circa 25 gradi Celsius) più lontano.
I minerali e il ferro si sciolgono e si ricondensano, spesso sotto forma di cristalli, nelle regioni calde vicino alla stella. A loro volta, i grani di carbonio non sopravviverebbero al calore e sarebbero invece presenti come monossido di carbonio o anidride carbonica gassosa.
Tuttavia, il carbonio può ancora essere un costituente significativo delle particelle solide nel disco esterno freddo, che le osservazioni effettuate per questo studio non sono in grado di rintracciare.
Anche la polvere ricca di ferro e povera di carbonio si adatterebbe bene alle condizioni del Sistema Solare. Mercurio e la Terra sono pianeti ricchi di ferro, mentre la Terra contiene relativamente poco carbonio.
“Pensiamo che il disco HD 144432 possa essere molto simile al Sistema Solare primordiale che ha fornito molto ferro ai pianeti rocciosi che conosciamo oggi“, dice van Boekel. “Il nostro studio può essere un altro esempio che mostra che la composizione del nostro Sistema Solare può essere abbastanza tipica”.
L’interferometria risolve i piccoli dettagli
Il recupero dei risultati è stato possibile solo con osservazioni ad altissima risoluzione, come quelle fornite dal VLTI. Combinando i quattro telescopi da 8,2 metri del VLT all’Osservatorio del Paranal dell’ESO, sono in grado di risolvere i dettagli come se gli astronomi impiegassero un telescopio con uno specchio primario di 200 metri di diametro.
Varga, van Boekel e i loro collaboratori hanno ottenuto dati utilizzando tre strumenti per ottenere un’ampia copertura di lunghezze d’onda che vanno da 1,6 a 13 micrometri, che rappresentano la luce infrarossa.
MPIA ha fornito elementi tecnologici vitali a due dispositivi, GRAVITY e il Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment (MATISSE).
Uno degli scopi primari di MATISSE è quello di studiare le zone rocciose di formazione planetaria dei dischi intorno alle giovani stelle.
“Osservando le regioni interne dei dischi protoplanetari intorno alle stelle, miriamo a esplorare l’origine dei vari minerali contenuti nel disco, minerali che in seguito formeranno i componenti solidi di pianeti come la Terra”, afferma Thomas Henning, direttore del MPIA e co-PI dello strumento MATISSE.
Tuttavia, produrre immagini con un interferometro come quelli che siamo abituati ad ottenere dai singoli telescopi non è semplice e richiede molto tempo.
Un uso più efficiente del prezioso tempo di osservazione per decifrare la struttura dell’oggetto è quello di confrontare i dati sparsi con i modelli di potenziali configurazioni target.
Nel caso del disco HD 144432, una struttura a tre anelli rappresenta al meglio i dati.
Quanto sono comuni i dischi strutturati e ricchi di ferro che formano pianeti?
Oltre al Sistema Solare, HD 144432 sembra fornire un altro esempio di pianeti che si formano in un ambiente ricco di ferro. Tuttavia, gli astronomi non si fermeranno qui.
“Abbiamo ancora alcuni candidati promettenti in attesa che il VLTI dia un’occhiata più da vicino“, sottolinea van Boekel.
In osservazioni precedenti, il team ha scoperto un certo numero di dischi attorno a giovani stelle che indicano configurazioni che vale la pena rivisitare.
Tuttavia, riveleranno la loro struttura dettagliata e la loro chimica utilizzando la più recente strumentazione VLTI. Alla fine, gli astronomi potrebbero essere in grado di chiarire se i pianeti si formano comunemente in dischi polverosi ricchi di ferro vicino alle loro stelle madri.
Immagine: © Jenry
