IN PRIMA VISIONE I BRACCI DI SPIRALE IN UN DISCO PROTOPLANETARIO

Attenti al Lupo: è una caotica fabbrica di mondi

Alma rivela la complessità di strutture disegnate dal gas molecolare nel disco protoplanetario di una giovane stella variabile, Ru Lup. Dischi e inviluppi, bracci di spirale e agglomerati di gas si estendono lontanissimo dalla stella e molto oltre il disco di polveri che forma il nucleo roccioso dei pianeti, costringendo a rivedere le teorie in auge per la formazione dei pianeti

     04/08/2020
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Immagine ottenuta con Alma del disco che forma il pianeta attorno alla giovane stella Ru Lup. Il riquadro in basso a sinistra mostra una precedente osservazione (ottenuta con DSharp) del disco di polvere, con solchi e anelli che suggeriscono la presenza di pianeti in formazione. La nuova osservazione mostra una grande struttura a spirale (in blu), fatta di gas, che si estende ben oltre il compatto disco di polvere. Crediti: Alma (Eso/Naoj/Nrao), J. Huang and S. Andrews; Nrao/Aui/Nsf, S. Dagnello

Immaginate di osservare la realtà che vi circonda, il panorama che abbraccia la strada che state percorrendo o semplicemente la solita vista fuori dalla finestra di casa, ma questa volta con una nuova consapevolezza: che i vostri occhi non vedono tutto quel che c’è da vedere. Non perché manchi loro il dettaglio giusto, ma semplicemente perché essi hanno un filtro che vi permette di riconoscere e identificare solo gli oggetti di determinati colori, rendendo invisibile tutto il resto.

Per alcuni questa prospettiva potrebbe risultare forse un po’ inquietante, eppure è proprio questa la consapevolezza con la quale gli astronomi osservano i fenomeni celesti. Che essi osservino corpi apparentemente quieti come stelle e galassie, oppure fenomeni energetici e transienti come l’esplosione di una supernova o un lampo gamma, sanno bene che usare, ad esempio, i soli occhi umani – che vedono la cosiddetta luce visibile – è un approccio limitante.

Molto del materiale che forma stelle, pianeti, mezzo interstellare e intergalattico non rivela nemmeno la sua presenza alle lunghezze d’onda dell’ottico. Per vedere bene un disco protoplanetario attorno a una giovane stella che darà origine a un sistema planetario magari simile al nostro, ad esempio, bisogna spingersi a lunghezze d’onda molto più “lunghe”: quelle millimetriche.

E così, nel caso del sistema planetario in formazione attorno a Ru Lup, una giovane stella variabile della costellazione del Lupus, gli occhi di Alma avevano sempre visto un disco di polveri molto chiaro e ordinato, che presentava degli anelli vuoti in corrispondenza proprio della formazione di nuovi corpi planetari.

Un gruppo di ricercatori guidato da Jane Huang del CfA – il Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian, negli Stati Uniti – ha deciso però di “cambiare filtro” e guardare, oltre alla polvere, anche il gas. Un’inattesa, caotica e vivacissima immagine si è dipinta sopra l’apparente monotonia di colori e strutture disegnate dalle polveri: un disco di gas seguito da un inviluppo più esterno e spesso, almeno cinque bracci di spirale formati dal gas che fuoriesce dal sistema e almeno undici cumuli di gas più in là dei bracci che circondano tutto il sistema. Lo studio è stato pubblicato oggi su The Astrophysical Journal.

Tutti i pianeti, compresi quelli del Sistema solare, nascono nei cosiddetti dischi protoplanetari: dischi di gas e polveri intorno alle giovani stelle appena nate. Dalla messa in opera di Alma, sono state ottenute immagini mozzafiato ad alta risoluzione di molte di queste fabbriche di pianeti, che mostrano dischi polverosi con anelli multipli e vuoti, terreno di coltura per i pianeti emergenti.

La componente principale della massa di questi dischi è però sotto forma di gas, che si estende verticalmente e radialmente molto oltre il sottile disco di polveri. Mentre la polvere è necessaria per accumulare i nuclei dei pianeti, il gas crea le loro atmosfere. Il gas nel disco più interno è principalmente costituito da idrogeno molecolare, mentre una panoramica completa si può riprendere osservando il monossido di carbonio (CO) e tutti i suoi isotopologhi – molecole stabili che presentano, al posto del carbonio 12C, un suo isotopo meno abbondante.

Partendo dalle preesistenti immagini di Ru Lup nell’ambito del programma osservativo Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSharp), Huang e collaboratori si sono quindi chiesti se valesse la pena guardare oltre.

«Abbiamo anche notato alcune deboli strutture di gas di monossido di carbonio che si estendevano oltre il disco. Ecco perché abbiamo deciso di osservare di nuovo il disco intorno alla stella, questa volta concentrandoci sul gas invece che sulla polvere», spiega infatti la prima autrice.

La nuova immagine ha quindi rivelato il gigantesco insieme di bracci a spirale fatti di gas, che si estende ben oltre il suo più noto disco di polvere – fino a quasi mille unità astronomiche (au) dalla stella – e che assomiglia a una “mini-galassia”. Il disco di polvere compatto si estende fino a circa 60 au, mentre il disco di gas più interno ha un diametro circa doppio, seguito da un inviluppo esterno fino a 260 au. Le nuvole di gas che circondano il sistema invece si trovano fino a 1500 au da Ru Lup. Questa nuova immagine, secondo gli autori, indica che l’attuale visione della formazione dei pianeti è ancora troppo semplicistica e che potrebbe essere molto più caotica di quanto si poteva ricostruire dalle ben note immagini dei dischi con anelli ordinatamente concentrici.

«Il fatto che abbiamo osservato questa struttura a spirale nel gas dopo un’osservazione più profonda delle precedenti», aggiunge Huang, «suggerisce che probabilmente non abbiamo ancora una visione completa della diversità e complessità degli ambienti che formano i pianeti. Potremmo aver tralasciato gran parte delle strutture di gas presenti in altri dischi».

Huang e il suo team propongono diversi scenari che potrebbero spiegare perché i bracci a spirale sono apparsi intorno al Ru Lup, bracci che sembrano mostrare gas in uscita dal sistema protoplanetario, come un outflow. Questi scenari prendono in considerazione l’instabilità gravitazionale del disco, o l’interazione di questo con l’ambiente circostante, dal quale esso raccoglierebbe materiale interstellare – meccanismo peraltro già osservato in altri sistemi come Fu Ori – o ancora la perturbazione dovuta a un’altra stella.

«Nessuno di questi scenari spiega completamente ciò che abbiamo osservato», nota però Sean Andrews, ricercatore del CfA e secondo autore dello studio. «Potrebbero esserci processi sconosciuti durante la formazione dei pianeti che non abbiamo ancora considerato nei nostri modelli. Impareremo quali sono solo se troveremo altri dischi che assomigliano a Ru Lup».

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