Con nuovi strumenti, gli astronomi stanno compilando tutti i pezzi che aiutano a spiegare come i pianeti si formano da estesi dischi di gas e polvere attorno alle stelle appena nate. Ma gli astronomi hanno trovato un disco proto-planetario che rifiuta di crescere. Ha 25 milioni di anni e non ha ancora effettuato la transizione per formare pianeti. Lee Hartmann è con il Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian e l'autore principale del documento che annuncia la scoperta.
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Fraser Cain: hai trovato il disco planetario più antico. Puoi darmi un'idea di quanto sia insolito?
Lee Hartmann: parla del più antico disco planetario o protoplanetario. Il più vecchio che abbiamo trovato prima aveva qualcosa come 10 milioni di anni, quindi è circa 2 a 2,5 volte più vecchio di qualsiasi cosa abbiamo trovato prima.
Fraser: È stata una grande sorpresa trovare qualcosa di così vecchio?
Hartmann: Sì, sembra che metà o più di stelle abbiano una specie di disco polveroso esteso con qualcosa che farebbe pianeti. A circa un milione di anni circa. E poi da circa 10 milioni di anni, sei sceso al 10% di tutte le stelle o forse anche meno. Quindi trovare questa cosa al doppio dell'età è stato davvero notevole. Pensavamo che per 20 milioni di anni saremmo davvero arrivati a zero per tutto ciò che conteneva ancora polvere che era molto simile a un disco planetario.
Fraser: Cosa potrebbe mantenere il disco stabile per così tanto tempo?
Hartmann: Non è molto chiaro. Il sistema centrale in questo caso è in realtà una stella binaria vicina e quindi è possibile - a differenza di una singola stella nel nostro sistema solare - ci sono due stelle di massa quasi uguali che stanno orbitando intorno in un'orbita molto vicina e sebbene qualcosa delle dimensioni di un posto da qualche parte tra l'orbita di Mercurio e l'orbita di Venere; qualcosa di quelle dimensioni. Questo potrebbe essere un po 'sfocare le cose perché ogni stella ha la sua gravità, e mentre si muovono intorno potrebbero sfornare il disco e agitare le particelle. Ciò che pensiamo capiti di creare pianeti è che la polvere, i piccoli coniglietti di polvere, si attaccano elettrostaticamente a piccoli grumi e poi diventa sempre più grande. E fa rocce, e poi rende le cose più simili agli asteroidi e infine ai pianeti. E il palcoscenico che forma il pianeta è ciò che cancella davvero tutta questa polvere. E così si pensa che quel processo sia molto delicato e che le cose si sistemino su scale temporali da migliaia a milioni di anni. È possibile che se lo stai agitando un po ', mantenendo la particella sospesa, non si attaccheranno così bene e non attraverseranno il resto del processo di formazione planetaria come fanno la maggior parte delle altre stelle.
Fraser: Quanto sarebbe comune qualcosa del genere? Dal momento che questo è il più vecchio che sia stato trovato, pensi che ce ne siano altri nelle vicinanze o è solo un colpo di fortuna totale?
Hartmann: È difficile immaginare che ci sia solo una di queste cose nella galassia, per non parlare dell'intero universo. Ma, per quanto ne sappiamo, questo deve essere un evento molto raro. Possiamo vedere grandi gruppi di stelle che hanno 30 milioni di anni, 50 milioni di anni, 100 milioni di anni e non hanno trovato nulla del genere in diverse centinaia o addirittura migliaia di stelle in totale. Probabilmente è 1 su 1000, forse, o qualcosa del genere. È una specie di cosa immagino, ma è difficile da sapere. Non abbiamo esaminato abbastanza attentamente queste cose. Non siamo stati in grado di farlo fino a poco tempo fa. Il telescopio spaziale Spitzer ha molta più sensibilità rispetto a qualsiasi altra cosa che siamo stati in grado di fare prima. Ha appena reso fattori centinaia di migliaia di volte la nostra capacità di rilevare fonti deboli come questa. Stiamo solo facendo i primi piccoli passi per esplorare ciò che è là fuori e nel nostro quartiere. Con il telescopio Spitzer, iniziano a guardare alcuni di questi altri cluster, stanno confermando che il doppio dell'età di questo sistema, meno di 1 su 1000 è così. È davvero un sistema abbastanza unico. Dobbiamo averlo preso in alcune circostanze speciali.
Fraser: Pensi che potrebbe andare avanti per milioni e milioni di anni in più. È ancora in tenera età?
Hartmann: Questo è qualcosa che non capiamo molto bene. E uno dei motivi per studiare questo tipo di sistemi è che abbiamo davvero bisogno di molto aiuto per comprendere la fisica di questo. Per cominciare, la fisica di come i pianeti si formano essenzialmente da coniglietti di polvere. È solo un processo così complicato e ci sono tutti i tipi di cose che non capiamo bene che abbiamo davvero bisogno di avere più sondaggi su queste cose. Non so davvero cosa succederà con questo sistema. La mia opinione è che probabilmente non andrà avanti e si coagulerà nei pianeti se non lo ha già fatto. La teoria suggerisce che c'è una sorta di soglia che devi rispettare. Devi avere abbastanza cose per farlo accadere, per superare davvero la gobba di creare corpi più grandi che possono quindi spazzare via tutta la polvere più piccola e ripulire il disco. Se non raggiungi mai quella soglia, potresti non creare pianeti. La mia ipotesi è che potrebbe solo esaurirsi, e alcuni dei granelli di polvere verranno espulsi o si spargeranno lentamente nella stella e questa è la fine, ma non capiamo davvero.
Fraser: I dischi che formano il pianeta sono già stati visti attorno ai sistemi binari?
Hartmann: Sì, se posso solo qualificarmi per dire che stiamo assumendo che questi dischi facciano pianeti. Non abbiamo davvero avuto la pistola fumante completa per dire che questi dischi polverosi in realtà fanno pianeti. Penso che sia una probabilità molto forte perché vediamo tutta questa polvere distribuita intorno a stelle molto giovani e poi è sparita. Sappiamo che dobbiamo coagulare tutta la polvere, ottenere le piccole cose e metterle in grandi cose per creare pianeti. Quindi questo è il presupposto che stiamo facendo, ma volevo solo dire che in realtà non abbiamo collegato i punti su tale questione.
Fraser: Giusto, quindi sono stati visti dischi attorno a sistemi binari come questo?
Hartmann: Sì, lo hanno fatto. Questo problema è che fondamentalmente non è possibile avere il disco con l'orbita delle stesse dimensioni dell'orbita binaria. L'altra stella inghiottirà tutta la polvere, o la farà evaporare o la spazzerà via. D'altra parte, se hai un binario molto ampio, se hai qualcosa in cui l'altra stella è molto lontana, puoi avere un disco ben dentro quel binario e non sa che c'è un'altra stella in orbita attorno. Orbitiamo intorno al Sole, e Giove è là fuori in diverse unità astronomiche, e questo crea solo piccole perturbazioni sull'orbita della Terra. Allo stesso modo, potresti avere un sistema in cui le due stelle sono relativamente vicine tra loro e il disco è ben al di fuori dell'area esterna. E così, su quel disco, sembra quasi che ci sia una sola stella. Non è esattamente così perché le due stelle stanno orbitando attorno, quindi la gravità la fa agitare leggermente. Ma non è così lontano dal solo avere un singolo oggetto. Quindi, fintanto che il disco è molto più grande del binario o più piccolo del binario, stai bene. Se il disco è molto più grande del binario, tuttavia, può essere così tenue e così esteso che non si coagula realmente efficacemente nei pianeti. È qualcosa che vorremmo prevedere, ma non è qualcosa che siamo ancora in grado di dimostrare a livello osservazionale.
Fraser: Hai qualche seguito sulle osservazioni previste per questo?
Hartmann: Quello che penso che vorremmo provare a fare è ottenere osservazioni sulla lunghezza d'onda più lunghe per vedere dove finisce il disco, perché in questo insieme di osservazioni, stiamo sostanzialmente dicendo che esiste un disco, ma non sappiamo come è grande. La domanda è: c'è qualcosa al di fuori di questo sistema che potrebbe disturbare anche il disco. Potrebbe anche essere un sistema triplo per quanto ne sappiamo, con un compagno molto più ampio che è a bassa massa e che non abbiamo visto. E questo potrebbe davvero rovinarlo e impedire al disco di far coagulare i pianeti, almeno. E poi l'altra cosa che stiamo cercando di fare è che stiamo cercando di identificare altri sistemi come questo che hanno anche 20 milioni di anni, 30 milioni di anni. Se riusciamo a trovare altre di queste cose, solo per vedere quanto sono comuni e se sono tutti binari o cosa c'è di speciale in loro che consente loro di durare così a lungo. Fondamentalmente, quello che stiamo cercando di fare è vedere come un disco si trasforma in pianeti, ma ovviamente ci vogliono milioni di anni, quindi non puoi seguirlo fino in fondo - almeno, non posso seguirlo. È come scattare un'istantanea di una popolazione. Hai persone anziane, giovani, bambini e così via. E provi a dedurre come va l'evoluzione dal mettere insieme i vari pezzi. E poi alcune persone sono grandi o meglio nutrite, hanno una cultura diversa o altro, e tu provi a vedere quali effetti diversi hanno sulla popolazione da quella istantanea. Cercare di trovare altri sistemi come questo è un modo di fare l'esperimento per vedere cosa succede se si dispone di un binario molto più ampio o cosa succede se si tratta di una stella di massa diversa nel mezzo. Non possiamo davvero fare l'esperimento, ma se troviamo abbastanza diversi tipi di oggetti come questo, allora la natura ha fatto l'esperimento in luoghi diversi, e dobbiamo solo uscire e guardarlo.
Questa scoperta è stata originariamente annunciata su Space Magazine il 19 luglio 2005.
