A 370 anni luce di distanza da noi, un sistema solare sta creando piccoli pianeti. La stella al centro di tutto è giovane, ha solo circa 6 milioni di anni. E i suoi bambini sono due enormi pianeti, probabilmente entrambi giganti gassosi, che si nutrono di materia gassosa proveniente dal disco circumsolare della stella.
La stella ospite in questo sistema si chiama PDS 70. PDS 70 è un po' più piccola e meno massiccia del nostro Sole, e sta ancora accumulando materia. Questa giovane stella è un T Tauri stella, il che significa sostanzialmente che sono molto giovani e hanno appena iniziato la loro vita. Poiché è così giovane, i pianeti sono ancora in fase di formazione in orbita attorno ad esso. E vedere i pianeti nascenti che si stanno ancora formando è qualcosa in cui gli astronomi stanno iniziando a diventare bravi solo ora.
'Questo è il primo rilevamento inequivocabile di un sistema di due pianeti che intaglia un gap del disco'.
Julien Girard, Istituto di scienze del telescopio spaziale.
Ciò che rende interessanti le immagini di questi giovani pianeti ancora in formazione è che sono prove a sostegno della nostra teoria di vecchia data su come si formano i pianeti nei giovani sistemi solari. Questa teoria si chiama Ipotesi nebulare ed è in circolazione da decenni, ma senza le prove osservative per sostenerlo.
L'ipotesi nebulare
Le stelle si formano da enormi nubi composte principalmente da idrogeno chiamate nuvole molecolari . Le nubi molecolari sono gravitazionalmente instabili e il gas tende ad aggregarsi. Alla fine, uno di questi gruppi inizia a formare una valanga e a diventare sempre più grande. Mentre lo fa, la nuvola si appiattisce come una frittella e inizia a ruotare, e quando il ciuffo centrale diventa abbastanza denso, si accende in una fusione e nasce una stella. Molte stelle sono in sistemi binari, quando due stelle si formano dalla nube molecolare.
Ma la stella al centro non è l'unico gruppo. Altri grumi più piccoli si formano nel gas rotante e possono formare pianeti. Alcuni dei pianeti gassosi, come Giove e Saturno nel nostro Sistema Solare, possono diventare davvero grandi. (Gli astronomi a volte si riferiscono a Giove e Saturno come 'stelle fallite' perché stavano per diventare stelle ma non riuscivano ad arrivarci.)
Se potessi congelare il processo lì, vedresti una giovane stella al centro di una nuvola di gas piatta e rotante. Ma nel gas vedresti spazi vuoti a forma di anello, dove i pianeti sono impegnati a raccogliere materiale e diventare, beh, pianeti. Questo processo è chiamato accrescimento. E non è più una nuvola molecolare, ora si chiama 'disco protoplanetario', perché ha la forma di un disco e al suo interno si stanno formando proto-pianeti.
Ed è esattamente ciò che vedono gli astronomi.
La migliore immagine di ALMA di un disco protoplanetario fino ad oggi. Questa immagine della vicina giovane stella TW Hydrae rivela i classici anelli e spazi vuoti che indicano che i pianeti sono in formazione in questo sistema. Credito: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Vedere i pianeti reali
La cosa bella di queste nuove immagini è che non solo possiamo vedere gli spazi vuoti e gli anelli che segnalano la presenza di un pianeta, ma possiamo vedere i pianeti stessi. Ed è solo la seconda volta che vediamo per certo un sistema di due pianeti che crea delle lacune nel disco. (Un sistema di quattro pianeti chiamato HR 8799 è stato ripreso nel 2008.)
'Siamo rimasti molto sorpresi quando abbiamo trovato il secondo pianeta.'
Sebastiaan Haffert, autore principale, Osservatorio di Leida.
'Questo è il primo rilevamento inequivocabile di un sistema di due pianeti che intaglia un gap del disco', ha affermato Julien Girard dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, nel Maryland.
In questo nuovo studio , pubblicato nel numero del 3 giugno di Astronomia della natura , il team di astronomi ha utilizzato il Spettrografo MUSE sul Very Large Telescope (VLT.) dell'Osservatorio europeo meridionale
Vedere all'interno di un disco protoplanetario è un compito difficile. Non solo la stella è davvero brillante, dominando l'immagine, ma tutto il gas e la polvere nel disco possono bloccare la luce proveniente dai pianeti in formazione. Lo strumento MUSE ha il potere di agganciarsi alla luce emessa dall'idrogeno nella nuvola, che è un segno dell'accumulo di idrogeno nei pianeti ancora in formazione.
'Siamo rimasti molto sorpresi quando abbiamo trovato il secondo pianeta', ha detto Sebastiaan Haffert dell'Osservatorio di Leiden, autore principale dell'articolo.
“Con strutture come ANIMA , Hubble o grandi telescopi ottici terrestri con ottica adattiva vediamo dischi con anelli e spazi vuoti dappertutto. La domanda aperta è stata: ci sono pianeti lì? In questo caso, la risposta è sì', ha spiegato Girard.
Gli astronomi hanno individuato molti dischi con lacune rivelatrici, ma individuare i pianeti reali che creano tali lacune è stato molto difficile. Questa immagine è una raccolta di immagini ad alta risoluzione di ALMA di dischi protoplanetari vicini, che sono i risultati del Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP). Credito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Andrews et al.; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
Quello che il team ha individuato è stato un pianeta chiamato PDS 70c. (Un altro pianeta nello stesso sistema, chiamato PDS 70b, era prima avvistato circa un anno fa.)
Il nuovo pianeta, PDS 70c, è vicino al bordo esterno del disco e dista circa 3,3 miliardi di miglia dalla stella. È circa la stessa distanza di Nettuno dal Sole. Gli astronomi hanno solo stime preliminari della massa del pianeta, ma stimano che il PDS 70c sia da 1 a 10 volte più massiccio di Giove.
Il pianeta scoperto in precedenza, PDS 70b, si trova a circa 2 miliardi di miglia dalla stella, circa lo stesso di Urano nel nostro Sistema Solare. La sua massa è compresa tra 4 e 17 volte la massa di Giove.
PDS 70 è solo il secondo sistema multi-pianeta a essere ripreso direttamente. Attraverso una combinazione di ottica adattiva ed elaborazione dei dati, gli astronomi sono stati in grado di cancellare la luce dalla stella centrale (contrassegnata da una stella bianca) per rivelare due esopianeti in orbita. PDS 70 b (in basso a sinistra) pesa da 4 a 17 volte di Giove mentre PDS 70 c (in alto a destra) pesa da 1 a 10 volte di Giove. Credito immagine: ESO e S. Haffert (Osservatorio di Leiden)
Ora aspettiamo. Per il telescopio James Webb
Ottenere immagini di questi giovani esopianeti è una specie di felice incidente per lo spettrografo MUSE. Lo strumento è stato inizialmente sviluppato per studiare le galassie e gli ammassi stellari. Ma a quanto pare, è bravo a individuare gli esopianeti nel processo di formazione. E quell'incidente ha contribuito a spostare l'ipotesi nebulare da ipotesi a teoria accettata.
'Questo nuovo modalità di osservazione è stato sviluppato per studiare le galassie e gli ammassi stellari a una risoluzione spaziale più elevata. Ma questa nuova modalità lo rende adatto anche per l'imaging di esopianeti, che non era il driver scientifico originale per lo strumento MUSE', ha affermato Haffert.
In futuro, (il futuro che continua ad essere ritardato), il Telescopio spaziale James Webb (JWST) farà progredire lo studio dei giovani pianeti che si formano in questi dischi. Una volta terminata l'interminabile attesa per quel telescopio spaziale avanzato, la sua potenza dovrebbe consentire agli astronomi di concentrarsi su lunghezze d'onda molto specifiche della luce emessa dall'accumulo di idrogeno.
Lo specchio principale del telescopio spaziale James Webb, in tutto il suo splendore! Immagine: NASA/Chris Gunn
Ciò significa che gli scienziati saranno in grado di misurare la temperatura del gas idrogeno nel disco, nonché la sua densità. Conoscere entrambe queste cose ci aiuterà a capire davvero come si formano i pianeti giganti gassosi.
Ma per ora, almeno abbiamo le immagini dei pianeti, e quando gli astronomi guardano nella galassia e vedono questi giovani sistemi stellari e le lacune nei dischi, possono essere sicuri che ci siano davvero dei pianeti lì.