Svelato il mistero della formazione di dischi protoplanetari attorno a giovani stelle

Un team internazionale guidato dalla dottoressa Indrani Das dell’Istituto di Astronomia e Astrofisica di Sinica (ASIAA) ha svelato, per la prima volta, come il gas in caduta dai nuclei che si formano le stelle si trasformi gradualmente in dischi che formano pianeti.

 

 

I dischi protoplanetari si formano attorno alle stelle giovani quando i densi nuclei molecolari di nuvole collassano sotto la propria gravità.

Un mantello esterno di gas e polvere, noto come involucro, circonda e nutre sia la giovane stella sia il disco in formazione.

Sebbene sia ben noto che i pianeti alla fine si formano all’interno di questi dischi e seguano orbite kepleriane, il meccanismo che trasforma il rapido moto di gas in caduta dall’involucro in moto kepleriano ordinato all’interno del disco è rimasto un mistero per decenni.

Basandosi sia su evidenze teoriche che osservazionali, uno studio recente guidato dalla dottoressa Indrani Das, ricercatrice post-dottorato dell’ASIAA, ha scoperto per la prima volta che esiste una zona di transizione distinta all’interfaccia inviluppo e disco di un giovane sistema stella-disco, che Das ha chiamato ENDT RUNZ (Zona di transizione del disco sull’invilupo).

I loro risultati hanno stabilito che i movimenti dei gas in caduta si trasformano gradualmente in moti kepleriani in questa zona di transizione.

Fondamentale, questa transizione è tutt’altro che brusca e contraddice i precedenti modelli di caduta basati sulla classica dinamica delle particelle di test.

“L’esistenza di ENDTRANZ deriva naturalmente dalla redistribuzione della massa e del momento angolare durante la formazione dei dischi attorno alle stelle giovani. Questo processo determina in ultima analisi come il materiale in caduta dall’inviluppo, che ruota più lentamente della velocità kepleriana, si espanda formando il disco e si stabilizza gradualmente in una rotazione kepleriana ordinata”, ha spiegato Das, sottolineando che la scoperta di ENDT RANZ rappresenta un passo importante avanti nella comprensione di come si formano stelle e sistemi planetari—incluso il nostro Sistema Solare.

Per determinare la fisica di ENDTRUNZ, il team ha prima eseguito le simulazioni numeriche usando FEOSAD, un codice che modella il sistema star-disk a partire dal collasso di un nucleo nuvoloso senza stelle.

I loro risultati hanno mostrato che la transizione dall’inviluppo cadente-rotante al disco rotante si sviluppa gradualmente attraverso un “salto” attraverso uno spessore finito nel profilo radiale del momento angolare specifico, che hanno identificato come una nuova firma di ENDTRUNZ.

Il momento angolare specifico è definito come il momento angolare totale per unità di massa, che descrive quanto velocemente e quanto lontano orbita un pacco di massa indipendentemente dalla sua massa.

Serve quindi come uno strumento potente per comprendere come il materiale che ruota a velocità diverse si riorganizzi durante l’evoluzione da nuvole di gas in collasso a dischi.

Questa riorganizzazione sistematica è analoga alla convezione atmosferica, dove la circolazione avviene in modo organizzato, con aria calda che sale e aria fredda che scende mentre scambia calore.

“Questo tracciatore ENDTZ eseguito, sotto forma di salto nel profilo specifico del momento angolare, si manifesta essenzialmente dalla transizione graduale della velocità di rotazione. Questo cambiamento nel comportamento rotazionale offre un quadro diagnostico per comprendere i processi fisici in gioco che guidano l’evoluzione del disco”, ha detto Basu, coautore di questo studio.

Il team ha anche studiato L1527 IRS, una giovane stella situata a circa 450 anni luce dalla Terra nella nube molecolare del Toro, che ospita un disco con un raggio di circa 70 unità astronomiche.

Utilizzando le osservazioni ad alta risoluzione ALMA Large Program eDisk (Embedded Disks in Planet Formation), i ricercatori hanno identificato per la prima volta un salto simile nel profilo radiale del momento angolare specifico alla transizione inviluppo-disco di L1527 IRS.

Con una larghezza radiale di circa 16 unità astronomiche, questo salto osservato ha confermato l’esistenza di una zona di transizione.

“All’inizio non credevo che i dati osservativi dell’IRS L1527 mostrassero prove di ENDTRANZ, ma sorprendentemente, c’era! Un’attenta ispezione e confronto della dipendenza radiale del momento angolare specifico tra i dati osservativi e la simulazione ha aiutato a identificare le evidenze di ENDTRUNZ nell’IRS L1527,” ha detto Ohashi, investigatore principale del grande programma ALMA eDisk e altro coautore di questo studio.

“Curiosamente, il modello ENDTRANZ mostra significative variazioni locali nella cinematica attorno alla circonferenza del disco e, combinato con le osservazioni, può offrire intuizioni sulla complessa struttura a spirale di un disco protoplanetario,” commentò Vorobyov, un altro coautore dello studio.

Questo lavoro pionieristico stabilisce ENDTRANZ come una nuova frontiera negli studi sulla formazione di stelle e pianeti, aprendo la porta a un’esplorazione più profonda della sua complessa fisica e alla ricerca delle sue firme in altri giovani sistemi stellari. Per molti versi, il team crede che questo sia solo l’inizio!