La caccia ad altri pianeti nella nostra galassia si è riscaldata negli ultimi decenni, con 3869 pianeti rilevati in 2.886 sistemi e altri 2.898 candidati in attesa di conferma. Sebbene la scoperta di questi pianeti abbia insegnato agli scienziati molto sul tipo di pianeti che esistono nella nostra galassia, c'è ancora molto che non sappiamo sul processo di formazione planetaria.
Per rispondere a queste domande, un team internazionale ha recentemente utilizzato l'Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) per condurre il primo rilevamento su larga scala e ad alta risoluzione dei dischi protoplanetari attorno alle stelle vicine. Conosciuto come Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP), questo programma ha prodotto immagini ad alta risoluzione di 20 sistemi vicini in cui polvere e gas erano in procinto di formare nuovi pianeti.
I loro risultati sono stati condivisi in una serie di dieci articoli che appariranno in un numero speciale di The Astrophysical Journal Letters. Il team responsabile comprendeva membri dell'Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), dell'Osservatorio congiunto ALMA, e più osservatori, istituti di ricerca e università.
In ogni caso, i ricercatori di DSHARP hanno notato la presenza di lacune nel disco che erano lontane dalla stella centrale e sembravano delimitare le parti interne ed esterne del disco. Gli anelli risultanti erano anche densamente imballati o formati da bande più sottili, a seconda della loro distanza dalla stella. Questi schemi, hanno indicato, potrebbero essere il risultato di un compagno planetario invisibile che disturba il disco.
Un'altra possibilità è che le strutture del disco siano soggette a un'instabilità globale simile a quelle viste nelle galassie a spirale (come la Via Lattea). Secondo i ricercatori, la spiegazione più convincente è che grandi pianeti (come i giganti gassosi) si stavano formando prevalentemente nell'esterno raggiunge i dischi, il che indicherebbe che la formazione del pianeta avviene molto più velocemente di quanto consentano le attuali teorie sulla formazione del pianeta.
Questa possibile spiegazione aiuterebbe anche a spiegare in che modo i pianeti terrestri (cioè rocciosi e di dimensioni simili alla Terra) che si avvicinano alle loro stelle sono in grado di sopravvivere alle prime fasi della loro formazione. Sean Andrews, astronomo del Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian (CfA) e uno dei leader * della campagna di osservazione ALMA, ha spiegato il significato di questi risultati in un comunicato stampa dell'NRAO:
“L'obiettivo di questa campagna osservativa lunga mesi era la ricerca di elementi comuni strutturali e differenze nei dischi protoplanetari. La visione straordinariamente nitida di ALMA ha rivelato strutture mai viste prima e schemi inaspettatamente complessi. Stiamo vedendo dettagli distinti intorno a un vasto assortimento di giovani stelle di varie masse. L'interpretazione più avvincente di queste caratteristiche su piccola scala estremamente diverse è che ci sono pianeti invisibili che interagiscono con il materiale del disco. "
Secondo i principali modelli di formazione del pianeta, i pianeti nascono dal graduale accumulo di polvere e gas all'interno di un disco protoplanetario. Questo inizia con i granelli di polvere che si uniscono per formare rocce sempre più grandi fino a quando non emergono asteroidi, planestesimi e pianeti. Si ritiene che questo processo richiederà milioni di anni, il che significa che i dischi protoplanetari nei sistemi più vecchi ne risentirebbero maggiormente della visibilità.
Tuttavia, le prime osservazioni condotte da ALMA hanno indicato che molti giovani dischi protoplanetari avevano strutture ben definite come anelli e lacune. Queste caratteristiche sono in genere associate alla presenza di pianeti e sono state persino trovate in alcuni sistemi che avevano solo un milione di anni. Come ha spiegato Jane Huang, uno studente laureato presso la CfA e un membro del gruppo di ricerca:
“È stato sorprendente vedere le possibili firme della formazione del pianeta nelle primissime immagini ad alta risoluzione di giovani dischi. Era importante scoprire se si trattava di anomalie o se quelle firme erano comuni nei dischi. "
Poiché il primo set di campioni era così piccolo, la campagna DSHARP è stata montata per osservare altri dischi protoplanetari per il confronto. Poiché è noto che le particelle di polvere brillano nella lunghezza d'onda millimetrica, il team della campagna è stato in grado di utilizzare l'array ALMA per mappare con precisione la distribuzione della densità delle cinghie di polvere attorno ai sistemi di stelle giovani e (a seconda della distanza della stella) per mappare le caratteristiche come piccolo come poche unità astronomiche.
Alla fine, il team di ricerca ha scoperto che molte delle sottostrutture (ovvero spazi concentrici e anelli stretti) erano comuni a quasi tutti i dischi, mentre i modelli a spirale su larga scala e le caratteristiche ad arco erano più rari. Hanno anche scoperto che i dischi e le lacune erano presenti a una vasta gamma di distanze dalle loro stelle ospiti - che vanno da alcune UA a più di cento.
Come notato, queste osservazioni potrebbero aiutare a risolvere un mistero duraturo quando si tratta di teorie sulla formazione del pianeta. In particolare, gli astronomi si sono chiesti come si potrebbero formare i pianeti quando la dinamica di un disco protoplanetario liscio provocherebbe la caduta di qualsiasi corpo di diametro superiore a un centimetro nella sua stella ospite. In tali circostanze, non dovrebbero esistere oggetti rocciosi più grandi di un asteroide.
In sostanza, i densi anelli di polvere osservati dal team avrebbero creato perturbazioni nel disco, che potrebbero creare zone in cui i planetesimi sarebbero al sicuro e avrebbero avuto il tempo necessario per crescere in pianeti. Come ha indicato Laura Perez, ricercatrice presso l'Università del Cile e membro del gruppo di ricerca:
“Quando ALMA ha veramente rivelato le sue capacità con la sua immagine iconica di HL Tau, abbiamo dovuto chiederci se fosse un valore anomalo poiché il disco era relativamente massiccio e giovane. Queste ultime osservazioni mostrano che, sebbene sorprendente, HL Tau è tutt'altro che insolito e può effettivamente rappresentare la normale evoluzione dei pianeti attorno alle giovani stelle. "
Questa ricerca mette in mostra il potere che hanno oggi strumenti all'avanguardia e collaborazioni scientifiche. Grazie alla capacità di vedere di più e di vedere più lontano, gli scienziati sono in grado di testare teorie astronomiche come mai prima d'ora. E nel processo, le nostre nozioni più fondamentali su come l'Universo è nato sono state confermate e sfidate.
Assicurati di goderti questa animazione di come appare un disco protoplanetario, per gentile concessione del programma NRAO Outreach:
* Gli altri leader della campagna di osservazione ALMA sono Andrea Isella dell'Università di Rice, Laura Pérez dell'Università del Cile e Cornelis Dullemond dell'Università di Heidelberg.
