Quando cercano pianeti extra-solari, gli astronomi si basano spesso su una serie di tecniche indirette. Di questi, il metodo di transito (aka Transit Photometry) e il metodo di velocità radiale (aka. Doppler Spectroscopy) sono i due più efficaci e affidabili (soprattutto se usati in combinazione). Sfortunatamente, l'imaging diretto è raro poiché è molto difficile individuare un esopianeta debole nel bagliore della sua stella ospite.
Tuttavia, i miglioramenti negli interferometri radio e nell'imaging a infrarossi vicini hanno permesso agli astronomi di immaginare i dischi protoplanetari e dedurre le orbite degli esopianeti. Usando questo metodo, un team internazionale di astronomi ha recentemente catturato immagini di un sistema planetario di nuova formazione. Studiando le lacune e le strutture ad anello di questo sistema, il team è stato in grado di ipotizzare la possibile dimensione di un esopianeta.
Lo studio, intitolato "Anelli e lacune nel disco intorno a Elias 24 rivelato da ALMA", è apparso di recente in Avvisi mensili della Royal Astronomical Society. Il team era guidato da Giovanni Dipierro, un astrofisico dell'Università di Leicester, e comprendeva membri del Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian (CfA), l'Osservatorio congiunto ALMA, l'Osservatorio nazionale di astronomia della radio, l'Istituto Max-Planck per l'astronomia, e più università e istituti di ricerca.
In passato, anelli di polvere sono stati identificati in molti sistemi protoplanetari e le loro origini e relazioni con la formazione planetaria sono oggetto di molti dibattiti. Da un lato, potrebbero essere il risultato dell'accumulo di polvere in alcune regioni, dell'instabilità gravitazionale o persino delle variazioni delle proprietà ottiche della polvere. In alternativa, potrebbero essere il risultato di pianeti che si sono già sviluppati, che causano la dissipazione della polvere mentre la attraversano.
Come hanno spiegato Dipierro e i suoi colleghi nel loro studio:
“Lo scenario alternativo invoca dischi dinamicamente attivi, in cui i pianeti si sono già formati o sono in atto di formazione. Un pianeta incorporato ecciterà le onde di densità nel disco circostante, che quindi depositano il loro momento angolare man mano che vengono dissipate. Se il pianeta è abbastanza massiccio, lo scambio di momento angolare tra le onde create dal pianeta e il disco provoca la formazione di uno o più spazi vuoti, le cui caratteristiche morfologiche sono strettamente legate alle condizioni locali del disco e alle proprietà del pianeta. "
Per motivi di studio, il team ha utilizzato i dati delle osservazioni del ciclo 2 di Atacama Large Millimeter / sub-millimeter array (ALMA), iniziate nel giugno 2014. In tal modo, sono stati in grado di rappresentare la polvere intorno a Elias 24 con una risoluzione di circa 28 UA (ovvero 28 volte la distanza tra la Terra e il Sole). Ciò che hanno scoperto è stata la prova di lacune e anelli che potrebbero essere un'indicazione di un pianeta in orbita.
Da ciò, hanno costruito un modello del sistema che ha tenuto conto della massa e della posizione di questo potenziale pianeta e di come la distribuzione e la densità della polvere ne causerebbero l'evoluzione. Come indicano nel loro studio, il loro modello riproduce abbastanza bene le osservazioni dell'anello di polvere e predisse la presenza di un gigante gassoso simile a Giove entro quarantaquattromila anni:
"Scopriamo che l'emissione di polvere attraverso il disco è coerente con la presenza di un pianeta incorporato con una massa di? 0,7? MJ a un raggio orbitale di? 60? Au… La mappa della luminosità superficiale del nostro modello di disco fornisce una ragionevole corrispondenza con le strutture simili a gap e ad anello osservate in Elias 24, con una discrepanza media del 5% per cento dei flussi osservati intorno alla regione gap. ”
Questi risultati rafforzano la conclusione che gli spazi vuoti e gli anelli che sono stati osservati in un'ampia varietà di giovani dischi circumstellari indicano la presenza di pianeti in orbita. Come indicato dal team, ciò è coerente con altre osservazioni sui dischi protoplanetari e potrebbe aiutare a far luce sul processo di formazione planetaria.
"L'immagine che emerge dalle recenti osservazioni ad alta risoluzione e alta sensibilità dei dischi protoplanetari è che le caratteristiche di gap e ad anello sono prevalenti in una vasta gamma di dischi con masse ed età diverse", concludono. "Nuove immagini ALMA ad alta risoluzione e alta fedeltà dei dati di emissione di polveri termiche e di CO e dati di dispersione di alta qualità saranno utili per trovare ulteriori prove dei meccanismi alla base della loro formazione."
Una delle sfide più difficili quando si tratta di studiare la formazione e l'evoluzione dei pianeti è il fatto che gli astronomi non sono stati tradizionalmente in grado di vedere i processi in azione. Ma grazie ai miglioramenti degli strumenti e alla capacità di studiare i sistemi stellari extra-solari, gli astronomi sono stati in grado di vedere i sistemi in diversi punti del processo di formazione.
Questo a sua volta ci sta aiutando a perfezionare le nostre teorie su come è nato il Sistema Solare e un giorno potrebbe permetterci di prevedere esattamente quali tipi di sistemi possono formare nei giovani sistemi stellari.
