Rappresentazione artistica di un disco protoplanetario attorno a una stella di massa molto bassa. Raffigura una selezione di molecole di idrocarburi (metano, CH3; etano, C2H6; etilene, C2H2; diacetilene, C4H2; propiene, C3H4; benzene, C6H6) rilevate nel disco intorno a ISO-ChaI 147. Crediti: Alma (Eso/Naoj/Nrao) / Mpia
Trovare un sistema planetario in grado di formare pianeti rocciosi come la Terra e con atmosfere ricche degli ingredienti utili alla vita (come la conosciamo) sembrerebbe essere una richiesta un po’ pretenziosa. Almeno stando agli ultimi risultati del telescopio spaziale James Webb pubblicati oggi su Science.
Lo studio tratta dell’osservazione del disco protoplanetario in formazione attorno a una stella giovane e di piccola massa, che ha mostrato un’abbondanza di molecole ricche di carbonio – fra le quali l’etano, finora mai rilevato in un sistema esoplanetario – ma una scarsità di molecole contenenti ossigeno. Scoperta, questa, che confermerebbe la tendenza dei dischi attorno a stelle di massa molto bassa a essere chimicamente diversi da quelli che si formano attorno a stelle simili al Sole, influenzando le atmosfere dei pianeti in formazione.
Cominciamo però dall’inizio. I pianeti si formano in dischi di gas e polvere che orbitano attorno a giovani stelle. Le osservazioni indicano che i pianeti terrestri dovrebbero formarsi in modo più efficiente dei giganti gassosi nei dischi attorno a stelle di massa molto bassa. Un noto esempio di questo è il sistema Trappist-1, composto da sette pianeti rocciosi entro 0,1 unità astronomiche e con una composizione ritenuta simile a quella della Terra. I risultati basati sulle ultime osservazioni di Webb, però, suggeriscono che i dischi attorno a stelle di massa molto bassa possono evolvere in modo diverso da quelli attorno a stelle più massicce.
La stella in questione si chiama Iso-ChaI-147, ha una massa pari a poco più del 10 per cento di quella del Sole ed è circondata da un disco di pianeti in formazione. I dati raccolti dal Mid-InfraRed Instrument (Miri) mostrano che il gas nella regione di formazione dei pianeti della stella è ricco di carbonio. A dirla tutta, si tratta del disco protoplanetario più ricco di idrocarburi mai osservato. Fra questi anche l’etano (C2H6), il più grande idrocarburo completamente saturo rilevato al di fuori dal Sistema solare; ci sono poi anche l’etilene (C2H4), il propileo (C3H4) e il radicale metile CH3, trovati per la prima volta in un disco protoplanetario.
Insomma, un ambiente di formazione planetaria molto diverso da quello a cui pensiamo di solito. Si tratta di un sistema particolare, dunque, o le stelle di piccola massa che formano pianeti rocciosi hanno generalmente una chimica diversa?
«Questa è una stella giovane particolare», commenta Alessio Caratti o Garatti, ricercatore dell’Inaf di Napoli e coautore dello studio. «Ha una massa estremamente piccola, e pienamente formata sarà quasi dieci volte meno massiccia del Sole. Potrebbe essere quindi un’eccezione rispetto alle stelle simili al Sole, che pensiamo debbano comportarsi in modo diverso. Le poche che abbiamo finora osservato con Webb, infatti, hanno una abbondanza di acqua e ossigeno tali da sostenere la vita. La chimica che abbiamo trovato, fatta di molecole ricche di carbonio – soprattutto idrocarburi, come il metano, per esempio – non sarebbe adatta a sviluppare la vita basata sui processi chimici che conosciamo e che sappiamo funzionare qui sulla Terra».
Secondo gli autori, questi risultati sarebbero importanti per definire l’astrochimica dei pianeti rocciosi che si formano intorno alle stelle molto poco massicce, e molto vicino a queste (entro 0,1 unità astronomiche).
Lo spettro di emissione della regione attorno alla stella di piccola massa ISO-ChaI-147 (0.11 masse solari), ottenuto dallo strumento Miri del telescopio spaziale Webb. Il grafico mostra un andamento della luminosità rispetto alla lunghezza d’onda con evidenziati i picchi di alcuni idrocarburi trovati nel disco protoplanetario. Fra questi, etano, metano, propile, cianoacetilene e del radicale metile. Crediti: ESA/NASA/CSA JWST, MIRI, MINDS collaboration
«È profondamente diversa dalla composizione che vediamo nei dischi intorno alle stelle di tipo solare, dove dominano le molecole contenenti ossigeno (come l’anidride carbonica e l’acqua)», aggiunge Inga Kamp, ricercatrice dell’Università di Groningen e coautrice dello studio. «Questo sistema stabilisce che si tratta di una classe unica di oggetti».
Gli autori, che hanno osservato la stella all’interno del programma osservativo Minds (Mid-Infrared Disk Survey), intendono quindi espandere lo studio a un campione più ampio di dischi di questo tipo attorno a stelle di diversa massa, per capire quanto siano comuni queste regioni esotiche ricche di carbonio per la formazione di pianeti terrestri.
«Finalmente il telescopio spaziale Webb ci permette di studiare la composizione chimica delle regioni più interne delle stelle giovani, dove si formano i pianeti rocciosi», conclude Caratti o Garatti. «Il nostro campione nel progetto Minds include stelle giovani con masse molto differenti fra loro: da molto piccole, come Iso-ChaI-147, a molto più grandi, con masse due o tre volte maggiori di quella solare. Questi studi ci aiutano a comprendere meglio la possibile composizione dei pianeti rocciosi che si formano attorno a stelle di massa diversa, e stiamo scoprendo che potrebbero essere molto diversi da come ce li eravamo immaginati».
Per saperne di più:
- Leggi su Science l’articolo “Abundant hydrocarbons in the disk around a very-low-mass star”, di A. M. Arabhavi, I. Kamp, Th. Henning, E. F. van Dishoeck, V. Christiaens, D. Gasman,A. Perrin, M. Güdel, B. Tabone, J. Kanwar, L. B. F. M. Waters, I. Pascucci, M. Samland, G. Perotti, G. Bettoni, S. L. Grant, P. O. Lagage, T. P. Ray, B. Vandenbussche, O. Absil, I. Argyriou, D. Barrado, A. Boccaletti, J. Bouwman, A. Caratti o Garatti, A. M. Glauser, F. Lahuis, M. Mueller, G. Olofsson, E. Pantin, S. Scheithauer, M. Morales-Calderón, R. Franceschi, H. Jang, N. Pawellek, D. Rodgers-Lee, J. Schreiber, K. Schwarz, M. Temmink, M. Vlasblom, G. Wright, L. Colina e G. Östlin