Uno degli argomenti astrofisici attualmente più caldi - la caccia ai pianeti simili alla Terra attorno ad altre stelle - ha appena ricevuto un importante impulso da nuove osservazioni spettrali con lo strumento MIDI all'ESO VLT Interferometer (VLTI).
Un team internazionale di astronomi [2] ha ottenuto spettri infrarossi unici della polvere nelle regioni più interne dei dischi proto-planetari attorno a tre giovani stelle - ora in uno stato forse molto simile a quello del nostro sistema solare in costruzione, circa 4.500 milioni di anni fa.
Riferendo nel numero di questa settimana della rivista scientifica Nature, e grazie alla visione ineguagliabile, nitida e penetrante dell'interferometria, dimostrano che in tutti e tre gli ingredienti giusti sono presenti nel posto giusto per iniziare la formazione di pianeti rocciosi su queste stelle.
"Sabbia" nelle regioni interne dei dischi stellari
Il Sole nacque circa 4.500 milioni di anni fa da una fredda e massiccia nuvola di gas interstellare e polvere che collassò sotto la sua stessa attrazione gravitazionale. Intorno alla giovane stella era presente un disco polveroso in cui si formarono in seguito la Terra e altri pianeti, nonché comete e asteroidi.
Questa epoca è ormai lontana, ma possiamo ancora assistere allo stesso processo osservando l'emissione infrarossa da stelle molto giovani e i polverosi dischi protoplanetari che li circondano. Finora, tuttavia, la strumentazione disponibile non ha permesso uno studio della distribuzione dei diversi componenti della polvere in tali dischi; anche i più conosciuti sono troppo lontani perché i migliori singoli telescopi possano risolverli. Ma ora, come spiega Francesco Paresce, Project Scientist per l'interferometro VLT e un membro del team dell'ESO, “Con il VLTI possiamo combinare la luce di due grandi telescopi ben separati per ottenere una risoluzione angolare senza precedenti. Questo ci ha permesso, per la prima volta, di scrutare direttamente nella regione più interna dei dischi attorno ad alcune giovani stelle vicine, proprio nel luogo in cui ci aspettiamo che pianeti come la nostra Terra si formino o presto si formeranno ”.
In particolare, le nuove osservazioni interferometriche di tre giovani stelle da parte di un team internazionale [2], sfruttando la potenza combinata di due telescopi VLT da 8,2 m a cento metri di distanza, hanno raggiunto una nitidezza dell'immagine sufficiente (circa 0,02 arcsec) per misurare l'emissione infrarossa dal regione interna dei dischi attorno a tre stelle (corrispondente approssimativamente alla dimensione dell'orbita terrestre attorno al Sole) e all'emissione dalla parte esterna di quei dischi. Gli spettri infrarossi corrispondenti hanno fornito informazioni cruciali sulla composizione chimica della polvere nei dischi e anche sulla dimensione media del grano.
Queste osservazioni pionieristiche mostrano che la parte interna dei dischi è molto ricca di granuli di silicato cristallino ("sabbia") con un diametro medio di circa 0,001 mm. Sono formati dalla coagulazione di granelli di polvere molto più piccoli e amorfi che erano onnipresenti nella nuvola interstellare che ha dato alla luce le stelle e i loro dischi.
I calcoli del modello mostrano che i grani cristallini dovrebbero essere abbondantemente presenti nella parte interna del disco al momento della formazione della Terra. In effetti, i meteoriti nel nostro sistema solare sono composti principalmente da questo tipo di silicato.
L'astronomo olandese Rens Waters, un membro del team dell'Istituto astronomico dell'Università di Amsterdam, è entusiasta: “Con tutti gli ingredienti in atto e la formazione di grani più grandi dalla polvere già iniziata, la formazione di pezzi sempre più grandi di pietra e , infine, i pianeti simili alla Terra di questi dischi sono quasi inevitabili! ”
Trasformare i grani
È noto da tempo che la maggior parte della polvere nei dischi attorno alle stelle appena nate è costituita da silicati. Nella nuvola natale questa polvere è amorfa, cioè gli atomi e le molecole che compongono un granello di polvere sono messi insieme in modo caotico, e i grani sono soffici e molto piccoli, in genere di circa 0,0001 mm. Tuttavia, vicino alla giovane stella dove la temperatura e la densità sono più alte, le particelle di polvere nel disco circumstellare tendono ad aderire in modo che i grani diventino più grandi. Inoltre, la polvere viene riscaldata da radiazioni stellari e questo fa sì che le molecole nei grani si riorganizzino secondo schemi geometrici (cristallini).
Di conseguenza, la polvere nelle regioni del disco che sono più vicine alla stella viene presto trasformata da granelli “incontaminati” (piccoli e amorfi) in granelli “trasformati” (più grandi e cristallini).
Le osservazioni spettrali dei granuli di silicato nella regione della lunghezza d'onda dell'infrarosso medio (circa 10 m) diranno se sono "incontaminate" o "elaborate". Osservazioni precedenti di dischi attorno a giovani stelle hanno mostrato la presenza di una miscela di materiale incontaminato e trasformato, ma finora era impossibile dire dove risiedessero i diversi grani nel disco.
Grazie a un aumento di cento volte della risoluzione angolare con il VLTI e lo strumento MIDI altamente sensibile, dettagliati spettri infrarossi delle varie regioni dei dischi protoplanetari attorno a tre stelle neonate, solo pochi milioni di anni, ora mostrano che la polvere vicino a la stella è molto più elaborata della polvere nelle regioni esterne del disco. In due stelle (HD 144432 e HD 163296) la polvere nel disco interno è abbastanza elaborata mentre la polvere nel disco esterno è quasi incontaminata. Nella terza stella (HD 142527) la polvere viene elaborata in tutto il disco. Nella regione centrale di questo disco, è estremamente elaborato, coerente con polvere completamente cristallina.
Una conclusione importante delle osservazioni VLTI è quindi che i mattoni per i pianeti simili alla Terra sono presenti nei dischi circumstellari sin dall'inizio. Ciò è di grande importanza in quanto indica che pianeti del tipo terrestre (roccioso) come la Terra sono molto probabilmente abbastanza comuni nei sistemi planetari, anche al di fuori del sistema solare.
Le comete incontaminate
Le presenti osservazioni hanno anche implicazioni per lo studio delle comete. Alcune comete - forse tutte - nel sistema solare contengono polvere sia incontaminata (amorfa) che trattata (cristallina). Le comete si sono sicuramente formate a grandi distanze dal Sole, nelle regioni esterne del sistema solare dove è sempre stato molto freddo. Non è quindi chiaro come i granelli di polvere trasformati possano finire nelle comete.
In una teoria, la polvere trattata viene trasportata verso l'esterno dal giovane Sole per turbolenza nel disco circumsolare piuttosto denso. Altre teorie sostengono che la polvere trattata nelle comete sia stata prodotta localmente nelle regioni fredde per un tempo molto più lungo, forse a causa di onde d'urto o fulmini nel disco o da frequenti collisioni tra frammenti più grandi.
L'attuale squadra di astronomi ora conclude che la prima teoria è la spiegazione più probabile per la presenza di polvere trattata nelle comete. Ciò implica anche che le comete di lungo periodo che a volte ci visitano dai confini esterni del nostro sistema solare sono corpi veramente incontaminati, risalenti a un'epoca in cui la Terra e gli altri pianeti non erano ancora stati formati.
Gli studi su tali comete, specialmente se eseguiti in situ, forniranno quindi accesso diretto al materiale originale da cui è stato formato il sistema solare.
Maggiori informazioni
I risultati riportati in questo PR ESO sono presentati più dettagliatamente in un documento di ricerca "I mattoni dei pianeti all'interno della regione" terrestre "dei dischi protoplanetari", di Roy van Boekel e co-autori (Nature, 25 novembre 2004). Le osservazioni sono state fatte nel corso del primo programma dimostrativo scientifico dell'ESO.
Appunti
[1]: questo comunicato stampa dell'ESO è stato pubblicato in collaborazione con l'Istituto astronomico dell'Università di Amsterdam, Paesi Bassi (NOVA PR) e il Max-Planck-Institut f? R Astronomie (Heidelberg, Germania (MPG PR).
[2]: il team è composto da Roy van Boekel, Michiel Min, Rens Waters, Carsten Dominik e Alex de Koter (Istituto astronomico, Università di Amsterdam, Paesi Bassi), Christoph Leinert, Olivier Chesneau, Uwe Graser, Thomas Henning, Rainer K ? hler e Frank Przygodda (Max-Planck-Institut f? r Astronomie, Heidelberg, Germania), Andrea Richichi, Sebastien Morel, Francesco Paresce, Markus Sch? ller e Markus Wittkowski (ESO), Walter Jaffe e Jeroen de Jong (Osservatorio di Leiden , Paesi Bassi), Anne Dutrey e Fabien Malbet (Observatoire de Bordeaux, Francia), Bruno Lopez (Observatoire de la Cote d'Azur, Nizza, Francia), Guy Perrin (LESIA, Observatoire de Paris, Francia) e Thomas Preibisch (Max -Planck-Institut f? R Radioastronomie, Bonn, Germania).
[3]: lo strumento MIDI è il risultato di una collaborazione tra istituti tedeschi, olandesi e francesi. Vedere ESO PR 17/03 e ESO PR 25/02 per ulteriori informazioni.
Fonte originale: Comunicato stampa ESO
