La nascita del nostro Sistema Solare e dei suoi pianeti rocciosi è un argomento che affascina sia gli scienziati che il pubblico generale. Studiando lo stato attuale del nostro pianeta e degli altri corpi celesti del Sistema Solare, i ricercatori hanno sviluppato un quadro dettagliato delle condizioni in cui si sono evoluti da un disco di polvere e gas che circondava il giovane Sole circa 4,5 miliardi di anni fa.
Una struttura a tre anelli nel disco di formazione planetaria
Con i progressi straordinari compiuti nella ricerca sulla formazione di stelle e pianeti, che mira a oggetti celesti lontani, possiamo ora indagare le condizioni negli ambienti intorno a giovani stelle e confrontarle con quelle derivate per il primo Sistema Solare. Utilizzando l'Interferometro del Very Large Telescope (VLTI) dell'European Southern Observatory (ESO), un team internazionale di ricercatori guidato da József Varga dell'Osservatorio Konkoly di Budapest, in Ungheria, ha fatto proprio questo. Hanno osservato il disco di formazione planetaria della giovane stella HD 144432, situata a circa 500 anni luce di distanza.
Indizi di due pianeti nei tre anelli
Studiando la distribuzione della polvere nella regione più interna del disco, i ricercatori hanno rilevato per la prima volta una struttura complessa in cui la polvere si accumula in tre anelli concentrici in un ambiente del genere. Questa configurazione suggerisce che due pianeti di massa simile a quella di Giove si stanno formando negli spazi tra gli anelli. L'analisi dettagliata è coerente con abbondanti granuli di ferro solido che completano la composizione della polvere. Di conseguenza, il disco probabilmente ospita metalli e minerali simili a quelli presenti nei pianeti terrestri del Sistema Solare. Offre uno sguardo alle condizioni simili al primo Sistema Solare oltre quattro miliardi di anni fa, durante la formazione di pianeti rocciosi come Mercurio, Venere e la Terra.
Condizioni simili al primo Sistema Solare
Gli astronomi hanno determinato la composizione della polvere attraverso il disco fino a una separazione dalla stella centrale che corrisponde alla distanza di Giove dal Sole. Quello che hanno trovato è molto familiare agli scienziati che studiano la Terra e i pianeti rocciosi nel Sistema Solare: vari silicati (composti di metallo-silicio-ossigeno) e altri minerali presenti nella crosta e nel mantello terrestre, e possibilmente ferro metallico come è presente nei nuclei di Mercurio e della Terra. Se confermato, questo studio sarebbe il primo ad aver scoperto ferro in un disco di formazione planetaria.
La scoperta di un sistema planetario in formazione
La scoperta di un sistema di tre anelli in un disco di formazione planetaria intorno a una giovane stella è un risultato significativo per la comunità scientifica. Indica la presenza di materiali simili a quelli che hanno dato origine ai pianeti rocciosi del nostro Sistema Solare, offrendo una preziosa opportunità per comprendere meglio i processi che portano alla formazione dei pianeti.
Un sistema di anelli complesso
Finora, gli astronomi hanno trovato configurazioni simili principalmente su scale più grandi, corrispondenti ai regni oltre l'orbita di Saturno. I sistemi ad anelli nei dischi intorno a giovani stelle generalmente indicano la formazione di pianeti all'interno degli spazi vuoti mentre accumulano polvere e gas lungo la loro orbita. Tuttavia, HD 144432 è il primo esempio di un sistema ad anelli così complesso così vicino alla sua stella ospite. Si verifica in una zona ricca di polvere, il mattone fondamentale dei pianeti rocciosi come la Terra. Supponendo che gli anelli indichino la presenza di due pianeti in formazione all'interno degli spazi vuoti, gli astronomi hanno stimato che le loro masse assomigliano approssimativamente a quella di Giove.
Un'opportunità per studiare la formazione planetaria
La scoperta di questo sistema ad anelli offre una finestra unica sulle condizioni che potrebbero essere simili a quelle del primo Sistema Solare. Fornisce agli scienziati l'opportunità di studiare in dettaglio la composizione dei materiali che formano i pianeti e di confrontare questi dati con le nostre conoscenze attuali sulla formazione del nostro Sistema Solare. Potrebbe anche aiutare a rispondere a domande fondamentali su come si formano i pianeti rocciosi e quali elementi sono necessari per la loro nascita.
In conclusione, la scoperta di un sistema ad anelli in un disco di formazione planetaria intorno a una giovane stella è un passo importante nella comprensione della formazione dei pianeti. Offre una visione delle condizioni simili a quelle del primo Sistema Solare e apre nuove strade per la ricerca futura in questo campo affascinante.
La composizione dei dischi protoplanetari
Gli astronomi hanno sempre spiegato le osservazioni dei dischi di polvere con un mix di polvere di carbonio e silicato, materiali che troviamo quasi ovunque nell'Universo. Tuttavia, da un punto di vista chimico, una miscela di ferro e silicato è più plausibile per le regioni interne calde dei dischi. Infatti, il modello chimico applicato ai dati dal principale autore dell'articolo di ricerca, Varga, fornisce risultati più aderenti quando si introduce il ferro al posto del carbonio.
Inoltre, la polvere osservata nel disco di HD 144432 può raggiungere temperature elevate come 1500 gradi Celsius ai bordi interni e temperature moderate come 25 gradi Celsius più lontano. I minerali e il ferro si sciolgono e ricristallizzano, spesso come cristalli, nelle regioni calde vicino alla stella. Al contrario, i granelli di carbonio non sopravviverebbero al calore e sarebbero presenti come gas di monossido di carbonio o diossido di carbonio. Tuttavia, il carbonio potrebbe ancora essere un componente significativo delle particelle solide nel disco esterno freddo, che le osservazioni effettuate per questo studio non possono tracciare.
Una polvere ricca di ferro e povera di carbonio si adatterebbe anche alle condizioni del Sistema Solare. Mercurio e la Terra sono pianeti ricchi di ferro, mentre la Terra contiene relativamente poco carbonio. "Pensiamo che il disco di HD 144432 possa essere molto simile al primo Sistema Solare che ha fornito molto ferro ai pianeti rocciosi che conosciamo oggi", afferma van Boekel. "Il nostro studio potrebbe essere un altro esempio che mostra che la composizione del nostro Sistema Solare potrebbe essere abbastanza tipica".
Interferometria per risolvere dettagli minuscoli
Per ottenere i risultati è stato necessario utilizzare osservazioni ad altissima risoluzione, come quelle fornite dal VLTI. Combinando i quattro telescopi VLT da 8,2 metri dell'Osservatorio Paranal dell'ESO, è possibile risolvere dettagli come se gli astronomi utilizzassero un telescopio con uno specchio primario di 200 metri di diametro. Varga, van Boekel e i loro collaboratori hanno ottenuto dati utilizzando tre strumenti per ottenere una copertura spettrale ampia che va da 1,6 a 13 micrometri, rappresentando la luce infrarossa.
L'MPIA ha fornito elementi tecnologici vitali a due dispositivi, GRAVITY e il Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment (MATISSE). Uno degli scopi principali di MATISSE è indagare le zone di formazione dei pianeti rocciosi dei dischi attorno alle giovani stelle. "Esaminando le regioni interne dei dischi protoplanetari attorno alle stelle, miriamo a esplorare l'origine dei vari minerali contenuti nel disco – minerali che in seguito formeranno i componenti solidi di pianeti come la Terra", dice Thomas Henning, direttore dell'MPIA e co-PI dello strumento MATISSE.
Tuttavia, produrre immagini con un interferometro come quelle a cui siamo abituati a ottenere da telescopi singoli non è semplice e richiede molto tempo. Un uso più efficiente del prezioso tempo di osservazione per decifrare la struttura dell'oggetto è confrontare i dati sparsi con modelli di configurazioni target potenziali. Nel caso del disco di HD 144432, una struttura a tre anelli rappresenta al meglio i dati.
Quanto sono comuni i dischi di formazione planetaria strutturati e ricchi di ferro?
Oltre al Sistema Solare, HD 144432 sembra fornire un altro esempio di pianeti che si formano in un ambiente ricco di ferro. Tuttavia, gli astronomi non si fermeranno qui. "Abbiamo ancora alcuni candidati promettenti in attesa che il VLTI li esamini più da vicino", sottolinea van Boekel. In osservazioni precedenti, il team ha scoperto un certo numero di dischi attorno a giovani stelle che indicano configurazioni degne di una seconda visita. Tuttavia, riveleranno la loro struttura e chimica dettagliate utilizzando la più recente strumentazione VLTI. Alla fine, gli astronomi potrebbero essere in grado di chiarire se i pianeti si formano comunemente in dischi di polvere ricchi di ferro vicino alle loro stelle madri.