Gli astronomi vedono un disco planetario di nuova formazione che continua a nutrirsi di materiale dalla sua nebulosa
Negli ultimi anni, gli astronomi hanno osservato sistemi solari distanti nelle loro prime fasi di crescita. ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ha catturato immagini di giovani stelle e dei loro dischi di materiale. E in quei dischi, hanno individuato le lacune rivelatrici che segnalano la presenza di giovani pianeti in crescita.
Mentre aumentavano i loro sforzi, gli astronomi furono finalmente in grado di individuare i giovani pianeti da soli. Tutte queste osservazioni hanno contribuito a confermare la nostra comprensione di come si formano i giovani sistemi solari.
Ma la ricerca più recente aggiunge un altro livello di dettaglio al ipotesi nebulare , che guida la nostra comprensione della formazione del sistema solare.
Un nuovo studio presenta prove che mostrano che l'ipotesi nebulare necessita di un aggiornamento. Lo studio si intitola “ Un caso di formazione simultanea di stelle e pianeti .” L'autore principale è Felipe Alves, un astronomo del Center for Astrochemical Studies (CAS) del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE). Lo studio è pubblicato su The Astrophysical Journal Letters.
L'ipotesi nebulare è stata sviluppata per la prima volta dal filosofo tedesco Immanuel Kant, una persona importante durante l'Illuminismo. Nella sua opera del 1755 “Storia naturale universale e teoria dei cieli,” ha proposto che i pianeti si formassero da gas e polvere in orbita attorno al Sole. Aveva ragione, ovviamente. Nel corso degli anni, l'ipotesi è stata affinata e ampliata. La versione moderna può essere chiamata più correttamente modello del disco nebulare solare (SNDM) o modello nebulare solare.
Esistono altre teorie sulla formazione del sistema solare proposte, ma la grande maggioranza degli scienziati lavora con l'SNDM.
L'SNDM dice che le stelle si formano da nuvole molecolari giganti , che sono instabili. Le instabilità causano l'aggregazione della materia e nel tempo i grumi si uniscono e raccolgono ancora più materiale. Alla fine, si riunisce abbastanza per innescare la fusione e nasce una stella.
La giovane stella è circondata da un disco rotante di gas e polvere chiamato a disco protoplanetario . I pianeti si formano da quel materiale e, mentre si formano, ritagliano delle lacune nel disco. Gli astronomi hanno ripreso molti di questi dischi e le loro lacune e hanno persino individuato singoli pianeti. Queste osservazioni mostrano anche che l'originale nube di gas madre da cui si è formata la stella si è dissolta.
Le immagini ad alta risoluzione di ALMA dei dischi protoplanetari vicini, che sono i risultati del Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP). Le lacune vengono create formando pianeti. Credito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Andrews et al.; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
“Vi presentiamo un nuovo caso di formazione di stelle e pianeti che avviene in tandem”.
Paola Caselli, direttore di MPE e responsabile del gruppo CAS.
Crebbe l'idea che ci fosse una linea di demarcazione tra una stella che raccoglieva materiale dalla nuvola e la formazione dei pianeti. I pianeti si formano dopo che la stella si è formata, secondo quelle osservazioni, e questo è diventato parte del SNDM per molti.
È qui che entra in gioco questo studio.
In questo studio, gli astronomi hanno individuato un sistema in cui il disco protoplanetario si trova nella fase di formazione del pianeta mentre la giovane stella sta ancora accumulando materiale dalla nube originale.
“Presentiamo un nuovo caso di formazione di stelle e pianeti che avviene in tandem”, afferma Paola Caselli, direttrice di MPE e capo del gruppo CAS. “Le nostre osservazioni indicano fortemente che i dischi protoplanetari continuano ad accumulare materiale anche dopo l'inizio della formazione dei pianeti. Questo è importante perché il materiale fresco che cade sul disco influenzerà sia la composizione chimica del futuro sistema planetario che l'evoluzione dinamica dell'intero disco”.
Il team di astronomi ha utilizzato ALMA per sondare la punta della Pipe Molecular Cloud (Pipe Nebula) ed esaminare il giovane oggetto stellare [BHB2007] 1, chiamato anche semplicemente BHB1. BHB1 è dentro Barnard 59 , una parte della vasta nuvola di polvere chiamata Nebulosa Tubo.
A sinistra c'è un'immagine della Via Lattea, con un gruppo arancione di gas e stelle al centro, la Pipe Molecular Cloud. Sulla destra c'è un primo piano di una parte di quella regione, chiamata Barnard 59. La giovane stella in questo studio, BHB1, è all'interno di Barnard 59. Immagine di credito: a sinistra: ESO/VVV Team/A. Guzman. A destra: dall'Osservatorio europeo meridionale – http://www.eso.org/public/images/eso1233a/; vedi anche https://www.flickr.com/photos/esoastronomy/7787363490/, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=30171793
Le osservazioni di ALMA hanno mostrato il disco di materiale previsto attorno alla stella, dove si stanno formando i pianeti. Ma ha anche mostrato grandi filamenti di gas che ancora si alimentano nel disco e nella stella. I ricercatori li hanno identificati come stelle filanti di accrescimento, in cui il materiale della nuvola ambientale viene ancora immesso nella protostella. Nel loro articolo, scrivono che 'Se queste caratteristiche sono davvero filamenti, sembrano orbitare attorno al sistema come grandi eliche o streamer di gas che si accumulano nel disco'.
BHB1 ha circa un milione di anni e, in quella fase dell'evoluzione, i dischi sono normalmente già formati e sufficientemente maturi per la formazione dei pianeti. Gli astronomi furono sorpresi di vedere queste stelle filanti.
'Siamo rimasti piuttosto sorpresi di osservare filamenti di accrescimento così prominenti che cadono nel disco', ha detto Alves in a comunicato stampa . 'L'attività del filamento di accrescimento dimostra che il disco sta ancora crescendo mentre allo stesso tempo alimenta la protostella'.
Rappresentazione artistica di un protopianeta che si forma all'interno del disco di accrescimento di una protostella Credito: ESO/L. Calçada http://www.eso.org/public/images/eso1310a/
Sebbene li interpretino come filamenti che si alimentano nella stella e nel disco, sottolineano anche che potrebbero esserci altre interpretazioni. 'In alternativa, potremmo vedere un disco esterno su larga scala (> 1000 au) illuminato da un arto o un involucro appiattito, in cui i canali centrali sono troppo sottili dal punto di vista ottico per osservare l'emissione', scrivono.
In ogni caso, confermano che questi filamenti di gas non sono in uscita. “Quello che possiamo dire con certezza è che vediamo emissioni su larga scala associate al disco, in base alle sue velocità che si muove troppo lentamente per essere un deflusso, ed è orientato parallelamente al piano del disco piuttosto che lungo un asse di deflusso convenzionale. '
Questa immagine a falsi colori mostra i filamenti di accrescimento attorno alla protostella [BHB2007] 1. Le grandi strutture sono flussi di gas molecolare (CO) che alimentano il disco che circonda la protostella. L'inserto mostra l'emissione di polvere dal disco, che è vista di taglio. I 'buchi' nella mappa della polvere rappresentano un'enorme cavità anulare vista (lateralmente) nella struttura del disco. Credito immagine: MPE
Le osservazioni di ALMA hanno scoperto qualcos'altro. Il team ha trovato un'enorme cavità nel disco, del diametro di 70 AU. La cavità racchiude una zona di gas molecolare caldo. I dati di tali osservazioni, combinati con i dati supplementari del Very Large Array (VLA), suggeriscono che un oggetto sottostellare risiede lì. Potrebbe essere una nana bruna o un giovane pianeta gigante. In base alle dimensioni della cavità, il team afferma che l'oggetto all'interno deve essere compreso tra 4 e 70 masse di Giove. Questa è una gamma certamente ampia per un pianeta, ma il team scrive che 'Mentre la gamma è ampia, tutte le masse puntano a un compagno di dimensioni super-Giove...'
Nel loro articolo gli autori scrivono: “Come descritto in questa Lettera, il sistema presenta una morfologia complessa, con uno spazio netto e ampio nel continuum millimetrico della polvere, sorprendente per un oggetto così giovane. All'interno del divario, sembra esserci del gas e una sorta di emissione calda localizzata, osservata anche con il Karl G. Jansky Very Large Array (VLA). Inoltre, questo sistema non sembra essere 'finito' con l'accrescimento dall'ambiente della nuvola molecolare, poiché vediamo filamenti su larga scala e coerenti con la velocità nell'ALMA12Data CO.'
L'emissione calda localizzata a cui si riferiscono è il sospetto oggetto sottostellare.
L'ALMA12I dati sul CO si riferiscono alle osservazioni del monossido di carbonio in cui il carbonio è l'isotopo del carbonio 12.12La CO viene utilizzata per tracciare il gas molecolare del disco. Vengono utilizzati altri isotopi di CO, ognuno dei quali ha proprietà e osservazioni diverse di ciascuno che rivelano diverse velocità, rotazioni e morfologie del gas.
Questa figura dello studio mostra diverse osservazioni del disco e del filamento.ain alto a sinistra è mostrata la chiara struttura ad anello del disco.Bin mezzo a sinistra mostra12Osservazioni CO ALMA del disco.CSpettacoli18Osservazioni CO ALMA del disco.Da destra mostra i filamenti su larga scala che si alimentano nel disco e la giovane stella in12Osservazioni CO ALMA. Credito immagine: Alves et al, 2020.
Nella loro conclusione, il team di ricercatori riassume i risultati. “Segnaliamo la scoperta di un disco con un ampio spazio vuoto, anche se il disco stesso sembra ancora essere alimentato da filamenti estesi rilevati nel gas molecolare. Di conseguenza, questo sistema pone la domanda: possono formarsi i pianeti prima che il disco stesso sia completamente formato?'
Questo studio dice di sì, ma non è una risposta definitiva. È solo l'inizio di una risposta. 'I nostri dati sono ben rappresentati da un modello di un disco protoplanetario scolpito da un pianeta gigante o una nana bruna da cui viene prodotta un'emissione luminosa non termica', scrivono.
Questa non è la prima volta che gli astronomi trovano quella che sembra essere una stella e i suoi pianeti che crescono contemporaneamente. All'inizio di quest'anno, un altro team di ricercatori che lavora con ALMA ha osservato il giovane oggetto stellare IRS 63 . Quella squadra trovata che la giovane protostella sta ancora crescendo mentre i protopianeti stanno ancora crescendo.
La giovane stella IRS 63 ha dei piccoli pianeti che si formano intorno ad essa mentre la stella stessa si sta ancora formando. Credito immagine: Segura-Cox et al, 2020.
Questi nuovi risultati indicano che la nostra vecchia comprensione, che potrebbe ancora applicarsi ad alcuni sistemi solari, non è universale. Porta anche alcune altre possibilità.
Questi pianeti in formazione precoce potrebbero alla fine formare una spirale nelle loro stelle ancora in formazione ed essere distrutti. Non è stato ancora visto, ma chi lo sa?
Se è così, allora il nostro Sistema Solare potrebbe aver generato più pianeti, ormai lontani da tempo. La nostra cara vecchia Terra potrebbe aver avuto fratelli di cui non sapremo mai. Fratelli che hanno avuto la sfortuna di essersi formati troppo presto e di essere inghiottiti dal nostro Sole.
Non lo sapremo mai.
Di più:
- Comunicato stampa: Un disco che forma pianeti ancora alimentato dalla nuvola madre
- Ricerca pubblicata: Un caso di formazione simultanea di stelle e pianeti
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