Gli astronomi hanno scoperto, per la prima volta, la formazione di lune nel disco di detriti attorno a un grande esopianeta. Gli astronomi sospettano da molto tempo che questo sia il modo in cui i pianeti più grandi - come Giove nel nostro sistema solare - ottengono le loro lune. Sta succedendo tutto intorno a una stella molto giovane di nome PDS 70, a circa 370 anni luce di distanza nella costellazione del Centaurus.
"Per la prima volta, possiamo vedere definitivamente i segni rivelatori di un disco circumplanetario ..."
Andrea Isella, autore principale, Rice University
La teoria accettata di come si formano i pianeti si chiama ipotesi nebulare. Tutto inizia con la formazione di una stella in un'enorme nuvola di gas chiamata nuvola molecolare gigante (GMC). Man mano che la stella si forma, la nuvola viene modellata in un disco rotante appiattito di gas e polvere chiamato disco protoplanetario o disco circumstellare. La materia inizia a fondersi in gruppi in questo disco e questi gruppi si trasformano in pianeti.
Se la massa di un pianeta che si forma nel disco cresce di circa 10 masse terrestri, succede qualcos'altro. A causa della sua massa, quel pianeta apre una lacuna nel disco protoplanetario. Man mano che il materiale attraversa tale spazio, può avvicinarsi abbastanza al pianeta da far sì che la gravità del pianeta domini la gravità della stella ospite. Quel materiale viene quindi intrappolato in un disco circumplanetario (CPD) che ruota attorno al pianeta, come un disco all'interno di un disco.
Gran parte del materiale all'interno di un disco circumplanetario viene accumulato nel pianeta in formazione. Ma non tutto. Le stesse forze che hanno creato i pianeti dal disco circumstellare funzionano. Possono creare lune dal materiale ruotando nel disco attorno al pianeta.
Ora un gruppo di astronomi ha individuato questo disco circumplanetario e le lune si sono formate per la prima volta.
L'autore principale dello studio che delinea questi risultati è Andrea Isella, un astronomo della Rice University di Houston, in Texas. I risultati sono stati pubblicati nelle lettere del The Astrophysical Journal ed è intitolato "Rilevazione dell'emissione continua submillimetrica associata a protopianeti candidati".
"I pianeti si formano da dischi di gas e polvere attorno a stelle di nuova formazione, e se un pianeta è abbastanza grande, può formare il proprio disco mentre raccoglie materiale nella sua orbita attorno alla stella", ha detto Isella. "Giove e le sue lune sono un piccolo sistema planetario all'interno del nostro sistema solare, per esempio, e si ritiene che le lune di Giove si siano formate da un disco circumplanetario quando Giove era molto giovane."
Sta succedendo tutto intorno alla stella PDS 70. Quella stella era nelle notizie circa un anno fa quando gli astronomi hanno catturato la prima immagine in assoluto di un pianeta in formazione in un disco circumstellare. Quel pianeta si chiama PDS 70b. Quella scoperta fu una grande novità all'epoca, per una buona ragione.
PDS 70b non è l'unico pianeta in orbita attorno alla stella. C'è un altro pianeta, PDS 70c, anch'esso in orbita, e sono entrambi giganti del gas. Entrambi questi pianeti sono stati rilevati dal Very Large Telescope (VES) dell'European Southern Observatory (ESO) in ottica e infrarossi. Il caldo bagliore dell'idrogeno che si accumula nella coppia di pianeti è ciò che li ha dati via.
Il team ha combinato le osservazioni VLT con le nuove osservazioni radio della matrice Atacama Large Millimeter / sub-Millimeter (ALMA). Il risultato è una prova convincente di un disco protoplanetario attorno alla stella più esterna, PDS 70c.
"Per la prima volta, possiamo vedere definitivamente i segni rivelatori di un disco circumplanetario, che aiuta a supportare molte delle attuali teorie sulla formazione del pianeta", ha detto Andrea Isella, autore principale.
"Confrontando le nostre osservazioni con le immagini a infrarossi e ottiche ad alta risoluzione, possiamo chiaramente vedere che una concentrazione altrimenti enigmatica di minuscole particelle di polvere è in realtà un disco di polvere che avvolge il pianeta, la prima di queste caratteristiche mai osservata in modo conclusivo", ha detto. Secondo i ricercatori, questa è anche la prima volta che un pianeta è stato visto chiaramente in queste tre distinte bande di luce.
Una domanda ha risposto, un'altra è stata chiesta
PDS 70b e c mostrano caratteristiche diverse e il team dietro questo studio non è esattamente sicuro di cosa significhi tutto.
"Che cosa sia e cosa significhi per questo sistema planetario non è ancora noto."
Andrea Isella, autore principale, Rice University
PDS 70c, la stella più esterna della coppia, è lontana dalla sua stella come Nettuno è dal Sole. Si trova esattamente nella stessa posizione di un evidente nodo di polvere visto nei dati ALMA. Poiché questo pianeta brilla così intensamente nelle bande di luce a infrarossi e idrogeno, gli astronomi possono affermare in modo convincente che un pianeta completamente formato è già in orbita lì. Le bande luminose a infrarossi e idrogeno mostrano che il gas vicino viene ancora accolto sulla superficie del pianeta, terminando il suo scatto di crescita adolescenziale.
Gli astronomi stimano che il PDS 70c sia approssimativamente da 1 a 10 volte la massa di Giove. "Se il pianeta si trova all'estremità più grande di quella stima, è del tutto possibile che ci possano essere lune di dimensioni planetarie in formazione attorno ad esso", ha osservato Isella.
Ma PDS 70b ha qualcos'altro in corso. Quei pianeti, che sono circa alla stessa distanza dalla sua stella come Urano dal Sole, hanno una massa di polvere che si trascina dietro di essa come una coda. E gli astronomi non sono sicuri di come si adatta.
"Che cosa sia e cosa significhi per questo sistema planetario non è ancora noto", ha detto Isella. "L'unica cosa conclusiva che possiamo dire è che è abbastanza lontano dal pianeta per essere una caratteristica indipendente."
Gli astronomi sono abbastanza sicuri che il processo che riescono a vedere attorno a PDS 70c sia lo stesso processo che ha funzionato per creare le lune di Giove. Vale la pena notare, tuttavia, che l'altro gigante del gas del nostro Sistema Solare è distinto da Giove. Le lune di Saturno furono probabilmente create a seguito di un disco circumplanetario, ma i suoi anelli ghiacciati furono probabilmente creati da comete e altri corpi rocciosi che si schiantarono l'uno contro l'altro.
Questi sistemi esoplanetari sono notoriamente difficili da osservare alla luce ottica e infrarossa. L'energia della stella in quelle parti dello spettro soffoca la luce dai pianeti. Ma non per ALMA.
ALMA si concentra sulle onde radio e le stelle emettono solo onde radio debolmente. Il team afferma che possono continuare a osservare il sistema PDS 70 con ALMA per osservare come cambia e si sviluppa.
"Ciò significa che saremo in grado di tornare a questo sistema in diversi periodi di tempo e mappare più facilmente l'orbita dei pianeti e la concentrazione di polvere nel sistema", ha concluso Isella. "Questo ci fornirà approfondimenti unici sulle proprietà orbitali dei sistemi solari nelle loro primissime fasi di sviluppo."
La scoperta di questo disco circumplanetario e delle probabili lune che si formano al suo interno sono interessanti di per sé, ma anche il modo in cui il team ha trovato il disco è promettente per il futuro. Mentre altri sono stati trovati, questo studio è il più convincente.
"Ci sono una manciata di pianeti candidati che sono stati rilevati nei dischi, ma questo è un campo molto nuovo, e sono ancora tutti dibattuti", ha detto Isella. "(PDS 70 be PDS 70 c) sono tra i più robusti perché ci sono state osservazioni indipendenti con diversi strumenti e tecniche."
Nella conclusione del loro articolo, gli autori affermano: "Sosteniamo che le osservazioni ottiche, NIR e (sub) millimetriche sono altamente complementari perché sondano diversi aspetti dei processi di accrescimento del pianeta e sono influenzati da diversi errori sistematici". Notano anche che ALMA da sola non può fare il lavoro. Combinando le diverse osservazioni hanno aperto questi esopianeti e i loro dischi a studi più dettagliati.
Dallo studio: “Mentre ALMA e i telescopi ottici esistenti stanno raggiungendo la loro piena capacità di imaging, le prossime osservazioni di dischi circumstellari vicini caratterizzati da cavità e lacune come quelle osservate in PDS 70 potrebbero rivelare più pianeti neonati che interagiscono con il loro disco natale. Tali osservazioni sono fondamentali per studiare i processi responsabili della formazione dei sistemi planetari. "
Fonti:
- Comunicato stampa: disco circumplanetario "lunare" scoperto nel sistema stellare distante
- Comunicato stampa: Disco formante la luna scoperto intorno a un pianeta lontano
- Documento di ricerca: Rilevazione dell'emissione di submillimetro continuo associata a protopianeti candidati
