UN RARO DISCO PROTOPLANETARIO IBRIDO

Troppo gas nel cantiere planetario

Osservazioni combinate di Herschel e ALMA hanno rivelato che nel disco protoplanetario della giovane stella HD 21997 convivono elementi – gas primordiale e polvere di detriti - appartenenti a fasi evolutive che, secondo i modelli correnti di formazione planetaria, non dovrebbero sovrapporsi.

Disco ibrido

Immagine composita del disco attorno a HD 21997. Il gas è rappresentato in rosso, la polvere in blu. Le parti bianche mostrano le zone dove sono presenti sia gas che polveri. Crediti: MPIA

Appena nate, le stelle simili al nostro Sole sono circondate da un disco di polveri e gas, un cantiere rotante in cui può iniziare a formarsi un sistema planetario. Nel disco protoplanetario i granelli di polvere si aggregano fino a formare i cosiddetti planetesimi, corpi solidi dalle dimensioni attorno al chilometro. I planetesimi possono poi sopravvivere in forma di asteroidi o comete, oppure raggrupparsi ulteriormente per dare origine a pianeti rocciosi come la Terra o ai nuclei di pianeti gassosi come Giove.

I modelli attuali di formazione planetaria prevedono che quando una stella raggiunge il livello planetesimale, il gas originale da cui si è formata dovrebbe essersi già esaurito: parte del gas cade nella stella, altro viene raccolto da quelli che in seguito diventeranno pianeti gassosi giganti, e il resto disperso nello spazio, spazzato via dall’intensa radiazione della giovane stella. Si calcola che dopo una decina di milioni di anni dalla nascita della stella non si dovrebbe più trovare traccia del gas da cui l’astro si è originato.

Una nuova ricerca condotta da astronomi di Olanda, Ungheria, Germania e USA ha trovato quello che appare essere un raro esempio di disco protoplanetario che gli scienziati definiscono ibrido, in quanto contiene sia una quantità significativa di gas originale che polveri prodotte nella collisione tra planetesimi. In pratica un’anello di congiunzione tra fasi evolutive diverse del disco, una primordiale e una molto più avanzata.

I ricercatori hanno utilizzato dati dell’osservatorio spaziale Herschel dell’ESA e osservazioni con il radiotelescopio ALMA dell’ESO in Cile per studiare il disco attorno a HD 21997, una stella che risiede nella costellazione meridionale della Fornace a una distanza di 235 anni luce dalla Terra. HD 21997 possiede una massa pari a 1,8 volte quella del Sole e ha un’età attorno ai 30 milioni di anni.

Le osservazioni di Herschel e ALMA mostrano un vasto anello di polveri attorno alla stella situato tra 55 e 150 Unità Astronomiche (UA = distanza media Terra/Sole). Ma le osservazioni ALMA mostrano anche un anello di gas. Sorprendentemente, i due anelli non coincidono: «L’anello di gas inizia più vicino alla stella rispetto a quello di polvere» spiega Ágnes Kóspál dell’ESA, responsabile delle osservazioni con ALMA. «Se la polvere e il gas fossero stati prodotti dallo stesso meccanismo fisico, ovvero dall’erosione dei planetesimi, ci si aspetterebbe di trovarli nello stesso posto. E questo non è chiaramente il caso per l’anello più interno.»

«Le nostre osservazioni hanno anche mostrato come studi precedenti abbiano abbondantemente sottostimato la quantità di gas presente nel disco» aggiunge Attila Moór dell’Osservatorio Konkoly. «Usando il monossido di carbonio come molecola guida, abbiamo trovato che la massa totale di gas ammonta probabilmente a un valore tra 30 e 60 volte la massa della Terra.»

Secondo i ricercatori, questo valore è un altro indicatore che il disco di gas deve essere composto di materiale primordiale, in quanto il gas eventualmente rilasciato in collisioni tra planetesimi non potrebbe spiegare una quantità così elevata.

Nell’immagine ALMA a sinistra è mostrata l’emissione di freddi grani di polvere, disposti ad anello attorno la stella centrale; in quella di mezzo l’emissione del monossido di carbonio, che mostra come il gas si trovi anche più in prossimità della stella rispetto alla polvere. L’immagine a destra rappresenta la velocità del gas: le parti blu del disco muovono verso di noi, mentre quelle rosse si allontanano. Crediti: Á. Kóspál (ESA), A. Moór (Konkoly Observatory)

Nell’immagine ALMA a sinistra è mostrata l’emissione di freddi grani di polvere, disposti ad anello attorno la stella centrale; in quella di mezzo l’emissione del monossido di carbonio, che mostra come il gas si trovi anche più in prossimità della stella rispetto alla polvere. L’immagine a destra rappresenta la velocità del gas: le parti blu del disco muovono verso di noi, mentre quelle rosse si allontanano. Crediti: Á. Kóspál (ESA), A. Moór (Konkoly Observatory)

«La presenza di gas primordiale attorno alla stella HD 21997, vecchia di 30 milioni di anni, è sconcertante» conclude Thomas Henning dell’Istituto Max-Planck per l’Astronomia. «Sia le previsioni dei modelli che precedenti osservazioni indicano che il gas in questo tipo di dischi attorno a una giovane stella dovrebbe essere esaurito in circa 10 milioni di anni.»

Il gruppo di ricerca è attualmente al lavoro per trovare altri sistemi simili a HD 21997 per studiare ulteriormente i dischi protoplanetari ibridi e capire se possano o meno rientrare nel paradigma corrente sulla formazione planetaria e, nel caso, stabilire quali modifiche ai modelli debbano essere apportate.

I risultati della ricerca sono stati pubblicati in due articoli su The Astrophysical Journal: Kóspál et al.: ALMA observations of the molecular gas in the debris disk of the 30 Myr old star HD 21997 ; Moór et al.: ALMA continuum observations of a 30 Myr old gaseous debris disk around HD 21997.