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RISOLTO UN MISTERO DELLA FORMAZIONE PLANETARIA

ALMA scopre la fabbrica delle comete

Nuove osservazioni di una trappola per la polvere vicino a una stella giovane, effettuate con ALMA, spiegano come le particelle di polvere nei dischi stellari crescano fino a formare comete, pianeti e altri corpi rocciosi. Lo studio su Science.

Questa rappresentazione artistica mostra la trappola per la polvere nel sistema Oph-IRS 48. La trappola offre un rifugio sicuro per le minuscole particelle del disco e permette loro di aggregarsi e crescere fino a dimensioni che permettano loro di sopravvivere da sole. (Crediti: ESO/L. Calçada)

Alcuni astronomi, usando ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), hanno ripreso, vicino a una giovane stella, la regione in cui le particelle di polvere possono aggregarsi e quindi crescere. È la prima volta che viene osservata chiaramente e modellata una simile “trappola per la polvere”. Si risolve quindi un mistero di lunga data su come le particelle di polvere nei dischi stellari crescano fino a raggiungere dimensioni così grandi da formare, alla fine, comete, pianeti e altri corpi rocciosi. I risultati del lavoro vengono pubblicati dalla rivista Science il 7 giugno 2013.

Gli astronomi ora sanno che i pianeti si trovano in abbondanza intorno ad altre stelle. Ma non comprendono ancora fino in fondo come essi si formino e anche molti altri aspetti della formazione di comete, pianeti e altri corpi rocciosi sono ancora oscuri. Ora le nuove osservazioni, che sfruttano la potenza di ALMA, stanno rispondendo a una delle più importanti tra queste domande: come fanno i minuscoli grani di polvere nel disco intorno a una stella giovane a diventare sempre più grandi – fino a diventare sassolini e oltre, fino a massi ben più grandi di un metro?

Modelli numerici suggeriscono che i grani di polvere crescano quando entrano in collisione e rimangono attaccati tra loro. Ma quando questi grani più grandi si scontrano di nuovo ad alta velocità, spesso vengono distrutti e si ritorna al punto di partenza. Anche quando ciò non accade, i modelli mostrano che i grani più grandi si muovono velocemente verso l’interno a causa dell’attrito tra la polvere e il gas e cadono sulla stella madre, eliminando ogni possibilità di crescere ulteriormente.

In qualche modo la polvere ha bisogno di un rifugio sicuro dove le particelle possono continuare a crescere finchè sono abbastanza grandi per sopravvivere da sole. Tali “trappole per la polvere” erano state proposte ma finora non c’era nessuna prova osservativa della loro esistenza.

Nienke van der Marel, una studentessa di PhD al Leiden Observatory nei Paesi Bassi e prima autrice dell’articolo, stava usando ALMA insieme con i suoi collaboratori per studiare il disco di un sistema noto come Oph-IRS 48. Oph indica la costellazione di Ofiuco, mente IRS indica che si tratta di una sorgente infrarossa. La distanza tra Terra e Oph-IRS 48 è di circa 400 anni luce. Gli astronomi trovarono che la stella era circondata da un anello di gas con un foro centrale probabilmente creato da un pianeta non visibile o da una stella compagna.

Questa immagine di ALMA mostra la trappola per la polvere nel disco che circonda il sistema Oph-IRS 48. La trappola offre un rifugio sicuro per le minuscole particelle del disco e permette loro di aggregarsi e crescere fino a dimensioni che permettano loro di sopravvivere da sole.
La regione in verde mostra l’ubicazione delle particelle più grandi (dell’ordine del millimetro): la trappola per la polvere scoperta da ALMA. L’anello in arancione mostra l’osservazione di particelle molto più piccole (dell’ordine del micron) ottenuta con lo strumento VISIR montato sul VLT (Very Large Telescope) dell’ESO. (Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Nienke van der Marel)

Osservazioni precedenti con il VLT (Very Large Telescope) dell’ESO avevano già mostrato che le piccole particelle di polvere formavano anch’esse un’analoga struttura ad anello. Ma la nuova visuale data da ALMA della zona in cui si trovano le particelle di polvere più grandi, di dimensioni dell’ordine del millimetro, era molto diversa.

“All’inizio la morfologia della polvere come appariva nell’immagine è stata una vera sorpresa”, dice van der Marel. “Invece dell’anello che ci aspettavamo di vedere, trovammo una struttura con la chiara forma di un anacardio! Abbiamo dovuto convincerci che la forma fosse reale, ma il segnale forte e la nitidezza delle osservazioni di ALMA non lasciavano dubbi sulla struttura. Ci siamo quindi resi conto di quello che avevamo trovato”.

Quello che avevano scoperto era una regione dove i grani di polvere più grandi sono rimasti intrappolati e possono crescere fino a diventare più grandi per mezzo di collisioni che li fanno rimanere incollati tra loro. Questa era la “trappola per la polvere” – esattamente quello che i teorici stavano cercando.

Come spiega van der Marel: “È probabile che stiamo guardando una sorta di fabbrica di comete, poichè le condizioni sono adatte per far crescere le particelle da un millimetro alla dimensione di una cometa. La polvere non produrrà probabilmente oggetti di dimensione planetaria a questa distanza dalla stella. Ma nel prossimo futuro ALMA sarà in grado di osservare questa sorta di cattura-polvere più vicino alla loro stella madre, dove sono in funzione gli stessi meccanismi. Queste “trappole” sarebbero veramente le culle dei nuovi pianeti neonati”.

Le trappole per la polvere si formano quando le particelle di polvere più grandi si muovono in direzione delle regioni di pressione più alta. Modelli al computer hanno mostrato che queste regioni di alta pressione possono originarsi dal moto dei gas al bordo di un foro – proprio come quello trovato nel disco.

“La combinazione di un lavoro teorico sui modelli con le osservazioni di alta qualità che ALMA ci fornisce rende questo un progetto unico nel suo genere”, aggiunge Cornelis Dullemond dell’Institute for Theoretical Astrophysics di Heidelberg, Germania, un esperto di evoluzione della polvere e modelli di disco, oltre che un membro della squadra. “Al tempo in cui queste osservazioni sono state ottenute, stavamo lavorando su modelli che prevedevano esattamente queste strutture: una coincidenza molto fortunata”.

Le osservazioni sono state effettuate durante la fase di costruzione di ALMA. Sono stati usati i ricevitori della Banda 9 di ALMA – dispositivi costruiti in Europa che permettono ad ALMA di creare le immagini finora più nitide.

“Queste osservazioni mostrano che ALMA è in grado di produrre scienza innovativa, anche usando meno di metà dell’intera schiera di antenne”, sostiene Ewine van Dishoeck del Leiden Observatory, una dei maggiori contributori al funzionamento di ALMA per più di 20 anni. “Il salto incredibile sia in sensibilità che in nitidezza dell’immagine nella Banda 9 ci da’ l’opportunità di studiare aspetti fondamentali della formazione dei pianeti in modi semplicemente non possibili fino ad oggi”.

Fonte: ESO

Guarda il servizio video su INAF-TV:
httpvh://youtu.be/B61MUaWRcV8

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Redazione Media Inaf: