VISTA DA ALMA IN UN DISCO PROTOPLANETARIO

Fa più caldo e spunta la prima neve

Grazie ad ALMA è stata osservata per la prima volta, all'interno di un disco protoplanetario, la “linea di neve” dell'acqua: quel confine termodinamico oltre il quale la temperatura del disco di gas e polveri che circonda una giovane stella scende abbastanza perché si formi ghiaccio

Questa immagine del disco protoplanetario intorno alla giovane stella V883 Orionis è stata ottenuta da ALMA nella sua modalità a lunga base. La stella subisce al momento un'esplosione che ha spostato la linea di neve dell'acqua più lontana dalla stella e ha permesso di osservarla per la prima volta. L'anello scuro a metà del disco è la linea di neve dell'acqua, il punto in cui la temperatura e la pressione sono sufficientemente bassi perché si formi il ghiaccio d'acqua. Le orbite dei pianeti Plutone e Nettuno del nostro Sistema Solare sono mostrate per dare un'indicazione della scala. Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Cieza

Immagine del disco protoplanetario intorno alla giovane stella V883 Orionis ottenuta da ALMA nella sua modalità a lunga base. L’anello scuro a metà del disco è la linea di neve dell’acqua. Le orbite dei pianeti Plutone e Nettuno del nostro Sistema solare sono mostrate per dare un’indicazione della scala. Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / L. Cieza

Il radiotelescopio ALMA ha osservato per la prima volta la “linea di neve” dell’acqua all’interno di un disco protoplanetario, quel confine termodinamico oltre il quale la temperatura del disco di gas e polveri che circonda una giovane stella scende abbastanza perché si formi ghiaccio.

Solitamente la linea di neve relativa all’acqua è troppo vicina alla stella per poter essere osservata, ma in questo caso una vampata della giovane stella V883 Orionis ha riscaldato la parte interna del suo disco protoplanetario, spostando la linea della neve a distanze molto maggiori di quanto sia normale per una protostella. Il risultato viene pubblicato oggi sulle pagine della rivista Nature.

Le giovani stelle sono spesso circondate da un denso disco di gas e polvere in rotazione, noto come disco protoplanetario, da cui nascono i pianeti. La quantità di calore emanata da una tipica stella di tipo solare fa sì che l’acqua all’interno del disco protoplanetario rimanga allo stato gassoso fino a distanze pari a circa 3 Unità Astronomiche (UA) dalla stella – tre volte la distanza media tra la Terra e il Sole – equivalenti a circa 450 milioni di chilometri. Oltre questo limite, a causa della pressione molto bassa, le molecole di acqua passano direttamente dallo stato gassoso a quello solido, formando una patina di ghiaccio sui grani di polvere e di altre particelle. La zona del disco protoplanetario in cui l’acqua passa da gas a solido viene appunto chiamata “linea di neve” dell’acqua.

Questo disegno mostra come l'esplosione sulla giovane stella V883 Orionis ha spostato la linea di neve dell'acqua molto più lontana dalla stella e l'ha resa visibile da ALMA. Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Cieza

Questo disegno mostra come l’esplosione sulla giovane stella V883 Orionis ha spostato la linea di neve dell’acqua molto più lontana dalla stella e l’ha resa visibile da ALMA. Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Cieza

Le linee della neve relative ad altre molecole, come il monossido di carbonio e il metano, sono state già osservate da ALMA a distanze maggiori di 30 UA dalla protostella. Ora, una fortunata coincidenza ha portato i ricercatori a puntare ALMA sulla giovane stella V883 Orionis, che è risultata insolita. Un aumento notevole della sua brillanza ha, infatti, spostato la linea di neve dell’acqua a una distanza di circa 40 UA, circa 6 miliardi di chilometri, che corrisponde approssimativamente alla dimensione dell’orbita di Plutone nel nostro Sistema solare.

Questo enorme incremento di calore, combinato con la risoluzione di ALMA in opportuna configurazione, ha permesso a un’equipe guidata da Lucas Cieza della Universidad Diego Portales, a Santiago in Cile, di distinguere per la prima volta la linea di neve dell’acqua in un disco protoplanetario.

L’improvviso aumento di luminosità di V883 Orionis è un esempio di cosa accade quando una grande quantità di materiale del disco che circonda una giovane stella cade sulla sua superficie. V883 Orionis è solo il 30 percento più massiccia del Sole, ma grazie all’esplosione che la scuote è al momento ben 400 volte più luminosa e molto più calda .

«Le osservazioni di ALMA sono state una sorpresa per noi», spiega Cieza. «Volevamo  osservare la frammentazione del disco che porta alla formazione dei pianeti. Non abbiamo visto nulla del genere, ma abbiamo scoperto qualcosa che sembrava un anello a circa 40 UA. Questo risultato mostra bene quanto sia potente ALMA, che ci regala scoperte emozionanti anche se non sono quelle che stavamo cercando!».

Illustrazione della linea di neve dell'acqua intorno alla stella V883 Orionis. Crediti: A. Angelich (NRAO/AUI/NSF)/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Illustrazione della linea di neve dell’acqua intorno alla stella V883 Orionis. Crediti: A. Angelich (NRAO/AUI/NSF)/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Il limite delle nevi perenni è un elemento cruciale per la formazione di pianeti e comete. La presenza di ghiaccio d’acqua regola infatti l’efficienza della coagulazione dei grani di polvere, il primo indispensabile passo verso la nascita di un pianeta. Gli scienziati ritengono che i pianeti più piccoli e rocciosi, come il nostro, si formino all’interno della linea di neve, dove l’acqua è sotto forma di vapore. All’esterno del limite, la presenza di ghiaccio d’acqua permette la formazione rapida di palle di neve cosmica, che finiscono con il formare pianeti massicci e gassosi come Giove.

La scoperta che esplosioni come quella vista in V883 Orionis possano spostare la linea della neve fino a 10 volte il raggio tipico è importante per lo sviluppo di un buon modello di formazione planetaria. Si pensa, infatti, che le esplosioni siano uno stadio dell’evoluzione della maggior parte dei sistemi planetari, e questa potrebbe essere la prima osservazione di un evento che accade frequentemente.

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