Per anni gli astronomi si sono interrogati sulla natura di un enigmatico oggetto celeste situato a 25 anni luce dalla Terra, nella costellazione del Pesce Australe. Si tratta di Fomalhaut b. Individuato per la prima volta dal telescopio spaziale Hubble grazie a osservazioni condotte tra il 2004 e il 2006, la sua scoperta fu annunciata al mondo il 13 novembre del 2008 in un articolo su Science nel quale l’astronomo Paul Kalas e colleghi descrivevano Fomalhaut b come un candidato esopianeta situato a circa 119 unità astronomiche dalla stella madre, Fomalhaut, e a 18 unità astronomiche dal denso disco di detriti che circonda il sistema.
Immagine del telescopio spaziale Hubble che mostra il disco di detriti attorno alla stella Fomalhaut. Nel riquadro a destra, evidenziati con un cerchio tratteggiato, sono indicate le posizioni della nube circumstellare 2 (Cs2), osservata nel 2023, e della nube Cs1 (Fomalhaut b), oggi scomparsa, così come appariva nel 2012. Crediti: Nasa, Esa, P. Kalas (Uc Berkeley), J. DePasquale (Stsci)
Studi condotti negli anni successivi hanno tuttavia sollevato numerosi dubbi sulla sua reale natura planetaria (ne avevamo parlato anche qui su Media Inaf). A differenza di altri esopianeti osservati direttamente, Fomalhaut b era infatti brillante nell’ottico ma non nell’infrarosso. Inoltre, la sua orbita sembrava attraversare l’anello di detriti attorno alla sua stella senza produrre le perturbazioni gravitazionali attese da un pianeta. E cosa ancora più strana: la sua luminosità diminuiva costantemente, fino a scomparire del tutto nel 2014.
Alla luce di questi dati, l’ipotesi avanzata dagli scienziati è che il puntino di luce osservato da Hubble non fosse un pianeta, ma un gigantesco accumulo di polveri: un’enorme nube generata dalla collisione tra due grandi planetesimi all’interno del disco circumstellare di Fomalhaut, che col tempo si è espansa a tal punto da diventare invisibile agli occhi di Hubble.
Grazie a un nuovo studio basato su osservazioni condotte nel 2023, a sostegno di questa ipotesi arriva ora una conferma. Puntando nuovamente il telescopio spaziale Hubble verso Fomalhaut, un team di astronomi ha individuato una seconda sorgente puntiforme, con caratteristiche simili a quelle che aveva Fomalhaut b prima di svanire. Il primo firmatario dell’articolo che riporta i risultati della nuova ricerca, pubblicato la settimana scorsa su Science, è lo stesso Paul Kalas, che vent’anni fa aveva scoperto la sorgente.
«Fomalhaut è uno dei sistemi con il disco di polveri più esteso che conosciamo», spiega Jason Wang, ricercatore alla Northwestern University e coautore della pubblicazione. «L’obiettivo delle nostre osservazioni era monitorare Fomalhaut b, una sorgente che inizialmente pensavamo fosse un pianeta. Quando all’interno del sistema abbiamo individuato una sorgente, abbiamo dato per scontato che fosse lei, perché era quella nota. Ma confrontando attentamente le nuove immagini con quelle d’archivio, ci siamo resi conto che non poteva essere la stessa».
Nelle nuove immagini, la sorgente, denominata dai ricercatori “sorgente circumstellare 2” (Cs2), pur trovandosi all’interno della stessa cintura di polveri attorno a Fomalhaut, occupa infatti una posizione diversa. Per Kalas e il suo team questa è la pistola fumante del fatto che sia Fomalhaut b – ribattezzato nella pubblicazione “sorgente circumstellare 1” (Cs1) – che Cs2 non siano pianeti, ma nubi di polveri prodotte da due distinte collisioni avvenute nello stesso sistema planetario.
«La nostra principale ipotesi è di aver osservato due colossali collisioni tra planetesimi – piccoli corpi rocciosi simili agli asteroidi – avvenute negli ultimi due decenni», dice Wang. «Si tratta di eventi estremamente rari, ed è la prima volta che ne osserviamo uno al di fuori del Sistema solare».
La natura eccezionale di questi eventi è emersa dalle simulazioni e dai calcoli effettuati dai ricercatori per comprendere la dinamica e la frequenza delle collisioni.
Sulla base dei dati astrometrici e fotometrici dei due eventi noti, gli scienziati hanno stimato che i corpi coinvolti nelle collisioni che hanno prodotto Cs1 e Cs2 avessero un raggio di circa 30 chilometri. La massa di polvere prodotta in ciascuno dei due eventi sarebbe stata di circa 100mila miliardi di tonnellate, nove ordini di grandezza superiore a quella osservata nelle collisioni tra asteroidi all’interno del Sistema solare. Quanto alla ricorrenza delle collisioni, Kalas ne parla in questi termini: «La teoria prevede che una collisione di questo tipo si verifichi ogni 100mila anni, o anche meno frequentemente. Qui ne abbiamo osservate due in appena vent’anni. Se potessimo accelerare un filmato prodotto negli ultimi tremila anni, vedremmo il sistema planetario di Fomalhaut brillare di continui lampi generati dalle collisioni».
Ottenute queste informazioni, rimaneva ancora da rispondere a un quesito, riguardante in particolare Cs1 (e Cs2 qualora alla sorgente tocchi in futuro la stessa sorte): com’è possibile che nubi di detriti così massicce svaniscano nel nulla? Secondo i ricercatori, il processo, guidato dalla luce della stella Fomalhaut, avverrebbe in due fasi. Subito dopo la collisione, la nube di polvere sarebbe stata estremamente densa e compatta. In questa fase, chiamata “fase otticamente spessa”, la pressione della radiazione stellare avrebbe agito solo sullo strato più esterno della nuvola. Man mano che la nube si è espansa, sarebbe diventata sempre più rarefatta e trasparente ( “fase otticamente sottile”), permettendo alla luce della stella di penetrare e agire su ogni singolo granello di polvere. Questo potrebbe aver innescato un processo a cascata (runaway) nel quale la pressione della radiazione avrebbe accelerato i granelli verso l’esterno, disperdendo la nuvola a un ritmo sempre maggiore fino a dissolverla completamente, facendola così svanire alla nostra vista.
Nei prossimi anni il team di ricerca continuerà a monitorare Cs2 con il telescopio Hubble, studiandone l’evoluzione della forma, della luminosità e dell’orbita nel tempo. Il team monitorerà la nube anche con lo strumento NirCam a bordo del telescopio spaziale James Webb. Grazie alle osservazioni nel vicino infrarosso sarà infatti possibile ottenere informazioni sul colore, sulle dimensioni e sulla composizione dei granelli di polvere, come pure verificare la presenza di acqua e ghiaccio.
«Quello che abbiamo imparato studiando Cs1 è che una grande nube di polvere può mascherarsi da pianeta», conclude Kalas. «Cs2 appare infatti esattamente come un esopianeta che riflette la luce della sua stella. Abbiamo un programma osservativo già approvato per seguire l’evoluzione di questa collisione, così da chiarire l’origine della nuova sorgente circumstellare e comprendere la natura dei due planetesimi progenitori coinvolti nello scontro».
Per saperne di più:
- Leggi su Science l’articolo “A second planetesimal collision in the Fomalhaut system” di Paul Kalas, Jason J. Wang, Maxwell A. Millar-Blanchaer, Bin B. Ren, Mark C. Wyatt, Grant M. Kennedy, Maximilian Sommer, Thomas M. Esposito, Robert J. De Rosa e Michael Fitzgerald