ALMA SPIEGA LA PRESENZA DI ACQUA NEL DISCO PROTOPLANETARIO

Protopianeti giganti dove non te li aspetti

Tracce di protopianeti giganti sono state riscontrate dal radiotelescopio Alma a grande distanza dalla stella nel sistema sistema Hd 100546. Il nuovo modello permette di interpretare dati precedenti che testimoniavano la presenza di acqua nel disco. Alla guida dello studio, pubblicato su Astronomy & Astrophysics, Davide Fedele dell’Istituto nazionale di astrofisica

     29/07/2021
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Il disco protoplanetario attorno alla stella HD 100546: la caratteristica struttura ad anelli è dovuta alla presenza di due protopianeti giganti che perturbano il disco. Crediti: Alma.

Contrariamente a quanto previsto dai modelli standard di formazione planetaria, pianeti giganti delle dimensioni di Giove possono formarsi anche a distanze molto grandi dalla stella, nella regione più esterna e fredda del disco protoplanetario. Nuove simulazioni, applicate ai dati ottenuti con le osservazioni di Alma del sistema Hd 100546, hanno portato a un nuovo modello interpretativo che prevede l’esistenza di due pianeti che ruotano intorno a una stella giovane (di circa cinque milioni di anni): un gigante gassoso più esterno, a 110 unità astronomiche di distanza dalla stella e di massa pari a oltre otto masse gioviane, e un altro più piccolo di massa pari a tre masse gioviane orbitante a circa quindici unità astronomiche dalla stella.

Le nuove immagini Alma e questo nuovo modello permettono anche di risolvere un puzzle che riguarda la presenza di acqua nel disco di Hd 100546. In precedenza era stata rilevata la firma di acqua ghiacciata e di molecole d’acqua nella regione esterna del disco protoplanetario, a oltre quaranta unità astronomiche dalla stella. Grazie a uno studio guidato da Davide Fedele dell’Inaf di Arcetri, pubblicato la scorsa settimana sulla rivista Astronomy and Astrophysics, sappiamo che le tracce di acqua riscontrate in questo sistema sono dovute proprio alla presenza del protopianeta esterno. Questo lavoro è stato possibile grazie alle grandi potenzialità di Alma, che consentono di studiare in dettaglio la nascita e l’evoluzione dei sistemi esoplanetari e del mezzo interplanetario.

Davide Fedele. Crediti: Inaf Arcetri

«A partire da osservazioni precedenti effettuate con Alma, abbiamo studiato questo sistema perché presentava una chiara evidenza di disco protoplanetario nella fascia compresa tra venti e quaranta unità astronomiche e una indicazione di anelli più deboli molto più esterni«, spiega Fedele, esperto di processi di formazione stellare e planetaria. «Con la nostra analisi è stata confermata la presenza di anelli fino quasi a 250 unità astronomiche».

«Con questo modello», continua il ricercatore, «abbiamo ottenuto due risultati importanti. In primo luogo, abbiamo visto che esistono pianeti gassosi giganti a distanze di oltre cento unità astronomiche dalla stella, fatto non previsto dalle teorie standard di formazione planetaria che prevedono l’esistenza di pianeti gioviani a massimo quaranta unità astronomiche. In secondo luogo, la presenza di un pianeta massiccio così distante ha consentito di interpretare in maniera coerente le osservazioni dell’emissione spettrale di grani di ghiaccio e di molecole di acqua. Infatti, l’evidenza di queste molecole è dovuta alla presenza del pianeta esterno, il quale, spazzando via parte del gas e della polvere nell’anello interplanetario che intercorre tra i due pianeti, permette alla radiazione stellare di penetrare nelle regioni più interne e fredde del disco. Quando i fotoni ultravioletti della stella interagiscono con il ghiaccio di acqua, rilasciano energia e le molecole di acqua evaporano dai ghiacci, fotoevaporando».

In sintesi, con la nuova interpretazione di questo sistema protoplanetario, da una parte si pone in discussione il problema della formazione di pianeti giganti anche molto lontani dalla stella e dall’altra si dimostra che l’effetto del pianeta più esterno sul mezzo interplanetario induce una transizione di fase dell’acqua, spiegando finalmente le osservazioni.

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