Credito d'immagine: NASA
Se gli astronomi alieni attorno a una stella lontana avessero studiato il giovane Sole quattro miliardi e mezzo di anni fa, avrebbero potuto vedere i segni di una Terra appena formata in orbita attorno a questa innocua stella gialla? La risposta è sì, secondo Scott Kenyon (Smithsonian Astrophysical Observatory) e Benjamin Bromley (University of Utah). Inoltre, il loro modello informatico afferma che possiamo usare gli stessi segni per localizzare luoghi in cui pianeti delle dimensioni della Terra stanno attualmente formando mondi giovani che, un giorno, potrebbero ospitare la propria vita.
La chiave per localizzare le terre appena nate, dicono Kenyon e Bromley, è non cercare il pianeta stesso, ma un anello di polvere in orbita attorno alla stella che è un'impronta digitale della formazione terrestre (rocciosa) del pianeta.
"È probabile che, se c'è un anello di polvere, c'è un pianeta", afferma Kenyon.
I buoni pianeti sono difficili da trovare
Il nostro sistema solare si è formato da un disco vorticoso di gas e polvere, chiamato disco protoplanetario, in orbita attorno al giovane Sole. Gli stessi materiali sono presenti in tutta la nostra galassia, quindi le leggi della fisica prevedono che altri sistemi stellari formeranno pianeti in modo simile.
Sebbene i pianeti possano essere comuni, sono difficili da rilevare perché sono troppo deboli e situati troppo vicino a una stella molto più luminosa. Pertanto, gli astronomi cercano i pianeti cercando prove indirette della loro esistenza. Nei giovani sistemi planetari, tale prova può essere presente nel disco stesso e in come il pianeta influenza il disco polveroso da cui si forma.
I pianeti di grandi dimensioni e di Giove possiedono una forte gravità. Quella gravità influenza fortemente il disco polveroso. Un singolo Giove può cancellare uno spazio a forma di anello nel disco, deformare il disco o creare fasce di polvere concentrate che lasciano un motivo nel disco come una scia di una barca. La presenza di un pianeta gigante può spiegare il modello simile a una scia visto nel disco attorno alla stella Vega di 350 milioni di anni.
I piccoli mondi della Terra, d'altra parte, possiedono una gravità più debole. Colpiscono il disco più debolmente, lasciando segni più sottili della loro presenza. Invece di cercare orditi o scie, Kenyon e Bromley raccomandano di vedere quanto è luminoso il sistema stellare alle lunghezze d'onda della luce infrarossa (IR). (La luce infrarossa, che percepiamo come calore, è luce con lunghezze d'onda più lunghe e meno energia della luce visibile.)
Le stelle con dischi polverosi sono più luminose nell'IR rispetto alle stelle senza dischi. Più polvere contiene un sistema stellare, più luminosa è nell'IR. Kenyon e Bromley hanno dimostrato che gli astronomi possono usare la luminosità IR non solo per rilevare un disco, ma anche per dire quando un pianeta delle dimensioni della Terra si sta formando all'interno di quel disco.
"Siamo stati i primi a calcolare i livelli previsti di produzione di polvere e gli eccessi di infrarossi associati, e i primi a dimostrare che la formazione di pianeti terrestri produce quantità osservabili di polvere", afferma Bromley.
Costruire pianeti da zero
La teoria più diffusa della formazione dei pianeti richiede la costruzione di pianeti "da zero". Secondo la teoria della coagulazione, piccoli frammenti di materiale roccioso in un disco protoplanetario si scontrano e si uniscono. Nel corso di migliaia di anni, piccoli gruppi si trasformano in gruppi sempre più grandi, come costruire un pupazzo di neve una manciata di neve alla volta. Alla fine, i ciuffi rocciosi diventano così grandi che diventano pianeti a tutti gli effetti.
Kenyon e Bromley modellano il processo di formazione del pianeta usando un complesso programma per computer. “Seminano” un disco protoplanetario con un miliardo di planetesimali di 1 km di dimensioni, tutti in orbita attorno a una stella centrale, e fanno avanzare il sistema in tempo per vedere come i pianeti si evolvono da quegli ingredienti di base.
"Abbiamo reso la simulazione il più realistica possibile e abbiamo comunque completato i calcoli in un ragionevole lasso di tempo", afferma Bromley.
Hanno trovato il processo di formazione del pianeta straordinariamente efficiente. Inizialmente, le collisioni tra planetesimi si verificano a basse velocità, quindi gli oggetti in collisione tendono a fondersi e crescere. A una tipica distanza Terra-Sole, ci vogliono solo circa 1000 anni affinché gli oggetti da 1 chilometro si trasformino in oggetti da 100 chilometri (60 miglia). Altri 10.000 anni producono protopianeti con un diametro di 600 miglia, che crescono per altri 10.000 anni e diventano protopianeti con un diametro di 1200 miglia. Quindi, oggetti delle dimensioni di una luna possono formarsi in appena 20.000 anni.
Man mano che i planetesimi all'interno del disco diventano più grandi e più massicci, la loro gravità diventa più forte. Una volta che alcuni oggetti raggiungono una dimensione di 600 miglia, iniziano a "rimescolare" gli oggetti più piccoli rimanenti. Le fionde gravitazionali spingono i pezzi di roccia più piccoli e di dimensioni asteroidi a velocità sempre più elevate. Viaggiano così velocemente che quando si scontrano, non si fondono, polverizzano, si spezzano a vicenda violentemente. Mentre i più grandi protopianeti continuano a crescere, il resto dei planetesimi rocciosi si macina a vicenda in polvere.
"La polvere si forma proprio dove si sta formando il pianeta, alla stessa distanza dalla sua stella", afferma Kenyon. Di conseguenza, la temperatura della polvere indica dove si sta formando il pianeta. La polvere in un'orbita simile a Venere sarà più calda della polvere in un'orbita simile alla Terra, fornendo un indizio sulla distanza del pianeta bambino dalla sua stella.
La dimensione degli oggetti più grandi nel disco determina la velocità di produzione della polvere. La quantità di polvere raggiunge i picchi quando si formano protopianeti da 600 miglia.
"Il telescopio spaziale Spitzer dovrebbe essere in grado di rilevare tali picchi di polvere", afferma Bromley.
Attualmente, il modello di formazione del pianeta terrestre di Kenyon e Bromley copre solo una frazione del sistema solare, dall'orbita di Venere a una distanza circa a metà strada tra Terra e Marte. In futuro, hanno in programma di estendere il modello per comprendere orbite vicine al Sole come Mercurio e lontane come Marte.
Hanno anche modellato la formazione della Cintura di Kuiper, una regione di piccoli oggetti ghiacciati e rocciosi oltre l'orbita di Nettuno. Il prossimo passo logico è modellare la formazione di giganti gassosi come Giove e Saturno.
"Stiamo iniziando ai margini del sistema solare e stiamo lavorando verso l'interno", dice Kenyon con un sorriso. "Stiamo anche lavorando in massa. La Terra è 1000 volte più massiccia di un oggetto Cintura di Kuiper e Giove è 1000 volte più massiccia della Terra. "
"Il nostro obiettivo finale è quello di modellare e comprendere la formazione di tutto il nostro sistema solare". Kenyon stima che il loro obiettivo sia raggiungibile in un decennio, poiché la velocità del computer continua ad aumentare, consentendo la simulazione di un intero sistema solare.
Questa ricerca è stata pubblicata nel numero del 20 febbraio 2004 di The Astrophysical Journal Letters. Ulteriori informazioni e animazioni sono disponibili online all'indirizzo http://cfa-www.harvard.edu/~kenyon/.
Con sede a Cambridge, in Massachusetts, l'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics è una collaborazione congiunta tra lo Smithsonian Astrophysical Observatory e l'Harvard College Observatory. Gli scienziati della CfA, organizzati in sei divisioni di ricerca, studiano l'origine, l'evoluzione e il destino finale dell'universo.
Fonte originale: CfA News Release
