UNA RICERCA GUIDATA DALL'ISTITUTO MAX PLANCK PER LA FISICA EXTRATERRESTRE

Alma rivela una coppia di protostelle in fasce

Osservazioni ad alta risoluzione di un sistema di giovani stelle in formazione nella nube molecolare dell’Ofiuco hanno rivelato un sistema binario di protostelle nelle loro prime fasi di vita, di cui per la prima volta sono stati determinati tutti i parametri orbitali: massa, periodo, distanza e inclinazione. I dettagli ce li racconta Paola Caselli, direttrice del gruppo di astrochimica del Mpe e coautrice del nuovo studio

     12/06/2020
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Vista dettagliata del sistema binario protostellare con un raffronto dimensionale al Sistema solare. La separazione tra le sorgenti A1 e A2 è approssimativamente pari al diametro dell’orbita di Plutone. La dimensione del disco attorno ad A1 (non risolto) è pari circa al diametro della cintura di asteroidi. La dimensione del disco attorno a A2 è circa delle dimensioni dell’orbita di Saturno. Crediti: Mpe

Le stelle sono corpi celesti generalmente socievoli. Più propriamente, la maggior parte di esse – circa l’85 per cento secondo le stime degli astronomi – si trova in fedele compagnia, all’interno di quello che viene definito come un sistema binario. Molte di queste stelle binarie – più del 50 per cento – poi, cominciano la vita di coppia assai precocemente, in una fase iniziale della loro vita definita “classe 0”.

Le fasi di formazione stellare si dividono in classe 0, I, II e III, con la classe zero indicante la fase iniziale, quando la protostella – così si definisce una stella in fieri – è ancora circondata dalla nube molecolare madre, le cui parti centrali sono collassate gravitazionalmente per formarla. Si parla di oggetti con età di circa 100mila anni, quindi molto giovani rispetto a sistemi più evoluti – tipo il nostro, che di anni ne ha 4.6 miliardi.

In queste prime fasi di formazione, le protostelle sono circondate da una gran quantità di gas e polveri che formano il cosiddetto inviluppo circumstellare, il cui effetto è quello di oscurarle rendendole difficili da osservare direttamente. Il livello di difficoltà aumenta, poi, se si vuole risolvere e osservare un sistema binario di protostelle.

È riuscito nell’intento, e con un’accuratezza senza precedenti, un team di ricercatori del gruppo di astrochimica del Max Planck Institut für extraterrestrische Physik (Mpe) a Monaco di Baviera, in Germania. L’oggetto dello studio – accettato per la pubblicazione su The Astrophysical Journal – è un sistema di protostelle sito in una regione della Via Lattea nota come Iras 16293-2422, una delle regioni di formazione stellare più brillanti e chimicamente ricche nei pressi del Sistema solare, a circa 460 anni luce dalla Terra.

Paola Caselli. Crediti: Mpe

«È il più brillante e giovane sistema stellare in cui si stanno formando stelle tipo il nostro Sole» spiega a Media Inaf Paola Caselli, direttrice del gruppo di astrochimica di Mpe e coautrice dell’articolo. «Questo oggetto, che si compone di due regioni calde (A e B) è stato studiato molto in passato ed anche ora ci sono in corso studi della composizione chimica in direzione della regione A, la più ricca chimicamente – e con contenuto chimico simile a quello trovato nella cometa 67P, recentemente visitata da Rosetta. Il risultato più importante ottenuto è che la regione calda A non è composta da una protostella unica circondata da un disco protoplanetario – dove si formeranno pianeti – bensì da due protostelle in orbita. Questo ovviamente cambia la struttura della regione, con conseguenze su tutti gli studi precedenti, inclusi quelli chimici».

Le osservazioni radio ad alta risoluzione sono state effettuate con l’interferometro Alma, l’unico in grado di osservare a lunghezze d’onda millimetriche – precisamente a 3 mm – con un’elevata risoluzione angolare e sensibilità, e confermare così la dibattuta presenza di due protostelle A1 e A2 nella regione A. Prima di questo studio infatti, la configurazione dettagliata della regione non era chiara, con osservazioni a diverse lunghezze d’onda che mostravano molteplici sorgenti compatte in punti leggermente diversi. La confusione è dovuta proprio alla grande quantità di materiale che circonda le protostelle nei primi stadi della loro formazione.

«Il problema» continua Caselli, «è che le osservazioni precedenti sono state effettuate o a frequenze troppo alte – dove l’alta opacità della polvere non permette di vedere la regione centrale in cui si trova il sistema protostellare – oppure troppo basse, dove l’emissione proviene dai venti protostellari». Non era quindi stato possibile confermare la presenza delle due protostelle che riscaldano la polvere circumstellare.

Oltre all’immagine diretta dell’emissione di polveri, il team ha anche ottenuto informazioni sul movimento del gas intorno alle stelle attraverso l’osservazione delle righe spettrali delle molecole organiche, che tracciano bene la regione ad alta densità che circonda il sistema binario scoperto. Ciò ha permesso di ottenere una misura di massa indipendente e di confermare che A1 e A2 formano una coppia gravitazionalmente vincolata.

Le masse delle protostelle misurate nello studio – 0.8 e 1.4 masse solari rispettivamente per A1 e A2 – fanno prevedere che le future stelle diventeranno entrambe più massicce del nostro Sole – tra 1.5 e 2 masse solari – con un grado di incertezza che dipende dal processo di accrescimento delle stesse dal materiale circostante.

Zoom nella nube molecolare dell’Ofiuco, con evidenziato il sistema di formazione stellare Iras 16293-2422 con la protostella B nell’angolo in alto a destra e le protostelle binarie ora identificate A1 e A2 in basso a sinistra. Il sistema binario è mostrato anche in un ulteriore pannello di ingrandimento. Crediti: Mpe; sfondo: Eso/Digitized Sky Survey 2; Davide De Martin

Combinando le osservazioni Alma con i dati raccolti dall’osservatorio Very Large Array (Vla) negli ultimi trent’anni, è stato inoltre possibile determinare un periodo di rivoluzione di 360 anni, durante il quale le stelle orbitano l’una intorno all’altra a una distanza simile all’estensione dell’orbita di Plutone, con un’inclinazione di 60 gradi. Si tratta del primo studio in grado di ricavare i parametri orbitali completi – massa, periodo, distanza e inclinazione – di un sistema binario di protostelle in formazione.

Ricapitolando, abbiamo un sistema di tre protostelle – due rivelate in questo studio e una precedentemente nota – tutte gravitazionalmente legate, e in cui le due nuove scoperte sono singolarmente circondate da un disco di polvere molto piccolo e infine incorporate in una struttura a disco più estesa. La domanda sorge spontanea: da tutte queste polveri, potranno avere origine dei sistemi planetari?

«Per adesso vediamo dei dischi attorno alle due protostelle e tali dischi hanno dimensioni simili a quelle della nostra fascia degli asteroidi» risponde Caselli. «Però, il materiale sta continuando ad accrescere, specialmente dal disco che circonda le due protostelle. È quindi probabile che anche i dischi diventino in futuro più grandi e in grado di formare pianeti di varie dimensioni a varie distanze – come nel nostro Sistema solare. I tempi scala per la formazione dei pianeti variano da qualche centinaio di migliaia a qualche milione di anni.»

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