Webb trova una pletora di molecole di carbonio attorno a una giovane stella

Un team internazionale di astronomi ha utilizzato il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/Webb per studiare il disco attorno a una stella giovane e di massa molto piccola. I risultati rivelano la più ricca chimica degli idrocarburi osservata fino ad oggi in un disco protoplanetario (inclusa la prima rilevazione extrasolare di etano) e contribuiscono alla nostra comprensione in evoluzione della diversità dei sistemi planetari.

 

 

I pianeti si formano in dischi di gas e polvere in orbita attorno a giovani stelle. Le osservazioni indicano che ci si aspetta che i pianeti terrestri si formino in modo più efficiente dei giganti gassosi nei dischi attorno a stelle di massa molto piccola.

Mentre le stelle di massa molto piccola hanno il più alto tasso di occorrenza di pianeti rocciosi in orbita, la loro composizione planetaria è in gran parte sconosciuta.

Ad esempio, il sistema Trappist-1 (che Webb ha studiato) è costituito da sette pianeti rocciosi entro 0,1 UA (unità astronomiche, cioè la distanza Terra-Sole) e la loro composizione è generalmente assunta come simile alla Terra.

Tuttavia, i nuovi dati di Webb suggeriscono che i dischi attorno a stelle di massa molto piccola possono evolvere in modo diverso da quelli intorno a stelle più massicce.

Il MIRI Mid-INfrared Disk Survey (MINDS) mira a costruire un ponte tra l’inventario chimico dei dischi e le proprietà degli esopianeti.

In un nuovo studio, questo team ha esplorato la regione intorno a una stella di massa molto piccola di 0,11 masse solari (nota come ISO-ChaI 147).

Queste osservazioni forniscono informazioni sull’ambiente e sugli ingredienti di base per la formazione di tali pianeti. Il team ha scoperto che il gas nella regione di formazione planetaria della stella è ricco di carbonio.

Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che il carbonio viene rimosso dal materiale solido da cui possono formarsi i pianeti rocciosi, e potrebbe spiegare perché la Terra è relativamente povera di carbonio.

“Webb ha una sensibilità e una risoluzione spettrale migliori rispetto ai precedenti telescopi spaziali a infrarossi”, ha spiegato l’autore principale Aditya Arabhavi dell’Università di Groningen nei Paesi Bassi. “Queste osservazioni non sono possibili dalla Terra, perché le emissioni sono bloccate dall’atmosfera. In precedenza potevamo identificare solo l’emissione di acetilene (C2H2) da questo oggetto. Tuttavia, la maggiore sensibilità e risoluzione spettrale di Webb ci ha permesso di rilevare una debole emissione da molecole meno abbondanti. Webb ci ha anche permesso di capire che queste molecole di idrocarburi non sono solo diverse, ma anche abbondanti”.

Lo spettro rivelato dal Mid-InfraRed Instrument (MIRI) di Webb mostra la più ricca chimica degli idrocarburi vista fino ad oggi in un disco protoplanetario, composto da 13 molecole contenenti carbonio fino al benzene.

Ciò include il primo rilevamento extrasolare di etano (C2H6), il più grande idrocarburo completamente saturo rilevato al di fuori del nostro Sistema Solare.

Poiché ci si aspetta che gli idrocarburi completamente saturi si formino da molecole più basiche, rilevarli qui fornisce ai ricercatori indizi sull’ambiente chimico.

Il team ha anche rilevato con successo l’etilene (C2H4), il propino (C3H4) e il radicale metilico CH3, per la prima volta in un disco protoplanetario.

«Queste molecole sono già state rilevate nel nostro Sistema Solare, ad esempio in comete come 67P/Churyumov-Gerasimenko e C/2014 Q2 (Lovejoy)», aggiunge Arabhavi. “È sorprendente che ora possiamo vedere la danza di queste molecole nelle culle planetarie. Si tratta di un ambiente di formazione planetaria molto diverso da quello a cui siamo abituati a pensare”.

Il team indica che questi risultati hanno grandi implicazioni per l’astrochimica nelle 0,1 UA interne e per i pianeti che vi si stanno formando.

 “Questo è profondamente diverso dalla composizione che vediamo nei dischi intorno alle stelle di tipo solare, dove dominano le molecole contenenti ossigeno (come l’anidride carbonica e l’acqua)”, ha aggiunto il membro del team Inga Kamp, anche lei dell’Università di Groningen. “Questo oggetto stabilisce che si tratta di una classe unica di oggetti.”

“È incredibile che siamo in grado di rilevare e quantificare la quantità di molecole che conosciamo bene sulla Terra, come il benzene, in un oggetto chesi trova a più di 600 anni luce di distanza”, ha aggiunto Agnés Perrin, membro del team del Centre National de la Recherche Scientifique in Francia.

Successivamente, il team scientifico intende espandere il proprio studio a un campione più ampio di tali dischi attorno a stelle di massa molto piccola per sviluppare la comprensione di quanto siano comuni tali esotiche regioni di formazione di pianeti terrestri ricche di carbonio. 

“L’espansione del nostro studio ci permetterà anche di capire meglio come queste molecole possono formarsi”, ha spiegato Thomas Henning, membro del team e PI del programma MINDS, del Max Planck Institute for Astronomy in Germania. “Anche diverse caratteristiche nei dati di Webb non sono ancora state identificate, quindi è necessaria una maggiore spettroscopia per interpretare appieno le nostre osservazioni”.

Questo lavoro evidenzia anche la necessità cruciale per gli scienziati di collaborare tra le discipline.

Il team osserva che questi risultati e i dati che li accompagnano possono contribuire ad altri campi, tra cui la fisica teorica, la chimica e l’astrochimica, per interpretare gli spettri e studiare nuove caratteristiche in questa gamma di lunghezze d’onda.

Questi risultati sono stati pubblicati sulla rivista Science.

 

Immagine: NASA/JPL-Caltech