Per la prima volta, gli astronomi hanno osservato con dettagli senza precedenti i processi che hanno dato origine a stelle e pianeti in nascenti sistemi solari. Usando entrambi i telescopi Keck su Mauna Kea alle Hawaii, equipaggiati con uno strumento appositamente progettato chiamato ASTRA (ASTrometric e Astronomia di riferimento di fase), Joshua Eisner dell'Università dell'Arizona e i suoi colleghi sono stati in grado di scrutare a fondo nei dischi protoplanetari - nuvole turbinanti di gas e polvere che alimenta la stella in crescita al suo centro e alla fine si fonde in pianeti e asteroidi per formare un sistema solare. Ciò che hanno visto è fornire informazioni sul modo in cui l'idrogeno gassoso dal disco protoplanetario è incorporato nella stella.
Al fine di ottenere la risoluzione estremamente fine necessaria per osservare i processi che avvengono al confine tra la stella e il suo disco circostante a 500 anni luce dalla Terra, il team ha combinato la luce dei due telescopi di Keck, che fornisce una risoluzione angolare più fine di quella di Hubble . Eisner e il suo team hanno anche usato una tecnica chiamata spettro-astrometria per aumentare ulteriormente la risoluzione. Misurando la luce proveniente dai dischi protoplanetari a diverse lunghezze d'onda con entrambi gli specchi del telescopio Keck e manipolandola ulteriormente con ASTRA, i ricercatori hanno raggiunto la risoluzione necessaria per osservare i processi nei centri dei nascenti sistemi solari.
"La risoluzione angolare che puoi ottenere con il telescopio spaziale Hubble è circa 100 volte troppo grossolana per poter vedere cosa sta succedendo appena fuori da una stella nascente non molto più grande del nostro sole", ha detto Eisner. In altre parole, anche un disco protoplanetario abbastanza vicino da essere considerato nelle vicinanze del nostro sistema solare apparirebbe come una macchia senza caratteristiche.
Con questa nuova tecnica, il team è stato in grado di distinguere tra le distribuzioni di gas, principalmente costituite da idrogeno e polvere, risolvendo così le caratteristiche del disco.
"Siamo stati in grado di avvicinarci molto, molto alla stella e guardare esattamente l'interfaccia tra il disco protoplanetario ricco di gas e la stella", ha affermato Eisner.
I dischi protoplanetari si formano nei vivai stellari quando nuvole di molecole di gas e particelle di polvere iniziano a collassare sotto l'influenza della gravità.
Inizialmente ruotando lentamente, la massa e la gravità crescenti della nuvola la rendono più densa e compatta. La conservazione del momento di rotazione accelera la nuvola mentre si restringe, proprio come una pattinatrice gira più velocemente mentre si attacca tra le sue braccia. La forza centrifuga appiattisce la nuvola in un disco rotante di gas vorticoso e polvere, dando origine a pianeti che orbitano attorno alla loro stella all'incirca sullo stesso piano.
Gli astronomi sanno che le stelle acquisiscono massa incorporando parte dell'idrogeno gassoso nel disco che li circonda, in un processo chiamato accrescimento, che può avvenire in due modi.
In uno scenario, il gas viene ingerito mentre lava fino alla superficie infuocata della stella.
Nel secondo scenario, molto più violento, i campi magnetici che spazzano via dalla stella spingono indietro il gas in avvicinamento e lo fanno ammassare, creando uno spazio tra la stella e il suo disco circostante. Invece di lambire la superficie della stella, gli atomi di idrogeno viaggiano lungo le linee del campo magnetico come su un'autostrada, diventando surriscaldati e ionizzati in questo processo.
"Una volta intrappolato nel campo magnetico della stella, il gas viene incanalato lungo le linee del campo che si inarcano in alto sopra e sotto il piano del disco", ha spiegato Eisner. "Il materiale si schianta quindi nelle regioni polari della stella ad alta velocità".
In questo inferno, che rilascia l'energia di milioni di bombe atomiche delle dimensioni di Hiroshima ogni secondo, parte del flusso di gas arcuato viene espulso dal disco e fuoriesce nello spazio come vento interstellare.
"Vogliamo capire come il materiale accresca la stella", ha detto Eisner. "Questo processo non è mai stato misurato direttamente."
La squadra di Eisner ha puntato i telescopi su 15 dischi protoplanetari con giovani stelle che variano in massa tra la metà e 10 volte quella del nostro sole.
"Abbiamo potuto discernere con successo che nella maggior parte dei casi, il gas converte parte della sua energia cinetica in luce molto vicino alle stelle", ha detto, un segno rivelatore del più violento scenario di accrescimento.
"In altri casi, abbiamo visto prove di venti lanciati nello spazio insieme a materiale accumulato sulla stella", ha aggiunto Eisner. "Abbiamo persino trovato un esempio - attorno a una stella di massa molto elevata - in cui il disco potrebbe raggiungere la superficie stellare".
I sistemi solari scelti dagli astronomi per questo studio sono ancora giovani, probabilmente vecchi di qualche milione di anni.
"Questi dischi saranno disponibili per qualche milione di anni in più", ha detto Eisner. "A quel tempo, i primi pianeti, giganti gassosi simili a Giove e Saturno, potrebbero formarsi, consumando molto del materiale del disco."
Pianeti più solidi e rocciosi come la Terra, Venere o Marte, non ci saranno fino a molto tempo dopo.
"Ma i mattoni per quelli potrebbero formarsi ora", ha detto, motivo per cui questa ricerca è importante per la nostra comprensione di come si formano i sistemi solari, compresi quelli con pianeti potenzialmente abitabili come la Terra.
"Vedremo se siamo in grado di effettuare misurazioni simili di molecole organiche e acqua nei dischi protoplanetari", ha detto. "Quelli sarebbero quelli che potrebbero potenzialmente dare origine a pianeti con le condizioni per ospitare la vita".
Il documento del team è stato pubblicato sull'Astrophysical Journal
Articolo: Eisner et al. Gas idrogeno risolto spazialmente e spettralmente entro 0,1 UA di T Tauri e Herbig Ae / Be Stars.
Fonte: Università dell'Arizona
