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In una pietra miliare storica, per la prima volta gli astronomi hanno assistito a collisioni catastrofiche in un sistema planetario vicino grazie all’uso del telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA.
Mentre osservavano la brillante stella Fomalhaut, gli scienziati hanno visto l’impatto di oggetti massicci attorno alla stella.
Il sistema di Fomalhaut sembra essere in una fase di sconvolgimento dinamico, simile a ciò che il nostro sistema solare ha vissuto nei suoi primi centinaia di milioni di anni dopo la formazione.
“Questa è certamente la prima volta che vedo un punto di luce apparire dal nulla in un sistema esoplanetario,” ha detto il ricercatore principale Paul Kalas dell’Università della California, Berkeley.
“È assente in tutte le nostre precedenti immagini di Hubble, il che significa che abbiamo appena assistito a una violenta collisione tra due oggetti massicci e una gigantesca nube di detriti come nulla che ci sia oggi nel nostro sistema solare. Incredibile!”
A soli 25 anni luce dalla Terra, Fomalhaut è una delle stelle più luminose del cielo notturno.
Situato nella costellazione del Pesce Australe, è più massiccia e luminosa del Sole ed è circondata da diverse fasce di detriti polverosi.
Nel 2008, gli scienziati hanno utilizzato Hubble per scoprire un pianeta candidato intorno a Fomalhaut, rendendolo il primo sistema stellare con un possibile pianeta trovato usando la luce visibile.
Quell’oggetto, chiamato Fomalhaut b, ora sembra essere una nube di polvere che si maschera da pianeta – il risultato della collisione di planetesimali.
Durante la ricerca di Fomalhaut b nelle recenti osservazioni di Hubble, gli scienziati sono rimasti sorpresi nel trovare un secondo punto di luce in una posizione simile intorno alla stella.
Chiamano questo oggetto “sorgente circstellare 2” o “cs2” mentre il primo oggetto è ora noto come “cs1.”
Perché gli astronomi vedano entrambe queste nuvole di detriti così fisicamente vicine tra loro è un mistero.
Se le collisioni tra asteroidi e planetesimi fossero casuali, CS1 e CS2 dovrebbero apparire per caso in luoghi non correlati.
Eppure, sono posizionati in modo intrigante l’uno all’altro lungo la porzione interna del disco esterno di detriti di Fomalhaut.
Un altro mistero è perché gli scienziati abbiano assistito a questi due eventi in così poco tempo.
“La teoria precedente suggeriva che ci fosse una collisione ogni 100.000 anni, o anche di più. Qui, in 20 anni, ne abbiamo visti due,” spiega Kalas.
“Se avessi un film degli ultimi 3.000 anni, e fosse accelerato in modo che ogni anno fosse una frazione di secondo, immagina quanti lampi vedresti in quel periodo. Il sistema planetario di Fomalhaut brillerebbe di queste collisioni.”
Le collisioni sono fondamentali per l’evoluzione dei sistemi planetari, ma sono rare e difficili da studiare.
“L’aspetto entusiasmante di questa osservazione è che permette ai ricercatori di stimare sia la dimensione dei corpi in collisione sia quanti ce ne siano nel disco, informazioni quasi impossibili da ottenere con altri mezzi”, ha detto il coautore Mark Wyatt dell’Università di Cambridge in Inghilterra.
“Le nostre stime collocano i planetesimali distrutti per creare cs1 e cs2 a soli 30 chilometri di dimensione, e deduciamo che ci siano 300 milioni di tali oggetti in orbita nel sistema di Fomalhaut.”
“Il sistema è un laboratorio naturale per indagare come si comportano i planetesimali durante le collisioni, il che a sua volta ci dice di cosa sono fatti e come si sono formati”, ha spiegato Wyatt.
La natura transitoria di Fomalhaut cs1 e cs2 pone sfide per future missioni spaziali che mirano a fotografare direttamente gli esopianeti. Tali telescopi potrebbero scambiare nubi di polvere come cs1 e cs2 per pianeti reali.
“Fomalhaut CS2 sembra esattamente un pianeta extrasolare che riflette la luce delle stelle,” ha detto Kalas.
“Quello che abbiamo imparato studiando cs1 è che una grande nube di polvere può fingersi un pianeta per molti anni. Questa è una nota di avvertimento per future missioni che mirano a rilevare pianeti extrasolari nella luce riflessa.”
Kalas e il suo team hanno ottenuto tempo a Hubble per monitorare CS2 nei prossimi tre anni.
Vogliono vedere come si evolve — spegnerà o diventerà più luminoso? Essendo più vicino alla cintura di polvere rispetto a CS1, la nube CS2 in espansione è più probabile che inizi a incontrare altro materiale nella cintura.
Questo potrebbe portare a una improvvisa valanga di ulteriore polvere nel sistema, che potrebbe far diventare più luminosa l’area circostante.
“Tracceremo cs2 per eventuali cambiamenti nella sua forma, luminosità e orbita nel tempo,” ha detto Kalas.
“È possibile che cs2 inizi a diventare più ovale o cometario man mano che i granelli di polvere vengono spinti verso l’esterno dalla pressione della luce stellare.”
Il team utilizzerà anche lo strumento NIRCam (Near-Infrared Camera) sul telescopio spaziale NASA/ESA/CSA James Webb per osservare il CS2.
Il NIRCam di Webb ha la capacità di fornire informazioni sul colore che possono rivelare la dimensione dei granelli di polvere della nube e la loro composizione. Può persino determinare se la nuvola contiene ghiaccio d’acqua.
Hubble e Webb sono gli unici osservatori capaci di questo tipo di imaging. Mentre Hubble vede principalmente in lunghezze d’onda visibili, Webb potrebbe vedere cs2 nell’infrarosso.
Queste diverse lunghezze d’onda complementari sono necessarie per fornire un’ampia indagine multispettrale e un quadro più completo del misterioso sistema di Fomalhaut e della sua rapida evoluzione.
Questa ricerca è apparsa oggi nel numero del 18 dicembre di Science.
Immagine: NASA, ESA, P. Kalas (UC Berkeley), J. DePasquale (STScI)
