E’ stato eseguito un confronto tra la struttura di dischi attorno a stelle giovani e sistemi planetari già formati attorno a stelle più vecchie. La caratterizzazione dei dischi protoplanetari di centinaia di stelle giovani, in un range di massa molto vasto, ha come scopo la definizione di un processo di formazione dei sistemi planetari. Naturalmente, siamo ancora lontani dalla costruzione di un modello teorico definitivo, ma ciò che è emerso da questo studio, aiuta a costruire uno scenario evolutivo coerente con quanto già intuito dallo studio degli esopianeti.

“Le nostre nuove scoperte collegano le bellissime cavità osservate nei dischi con ALMA, alle proprietà delle migliaia di esopianeti rilevati dalla missione Kepler della NASA e da altre indagini sugli esopianeti”. Ha affermato Mulders, coautore della ricerca. “Gli esopianeti e la loro formazione ci aiutano a collocare le origini della Terra e del Sistema Solare nel contesto di ciò che vediamo accadere intorno ad altre stelle”.

Cos’è un disco protoplanetario?

Un disco protoplanetario è una struttura rotante che si forma attorno ad una protostella come conseguenza della conservazione del momento angolare, durante il collasso della nube stellare. È ricco di gas e polveri che, dopo una prima fase turbolenta, si sedimentano sul piano mediano. I dischi in media sopravvivono dai 3 ai 5 milioni di anni. Poi scompaiono a causa di processi complessi che riguardano la viscosità del disco, la fotoevaporizzazione causata dal vento stellare e la formazione di planetesimi e pianeti.

I dischi protoplanetari sono classificati in quattro categorie principali. Possiamo osservare alcuni esempi nell’immagine soprastante: a sinistra, abbiamo un disco ad anello, nel centro un disco di transizione e a destra un disco compatto. Inoltre, esistono anche i cosiddetti dischi estesi.
Ma la loro struttura com’è collegata alla presenza di esopianeti?

Relazione tra struttura del disco e i pianeti che lo abitano.

Utilizzando i dati di oltre 700 stelle giovani osservate con l’Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), gli scienziati hanno scoperto un collegamento diretto tra la struttura del disco protoplanetario e la demografia del pianeta. In particolare, l’indagine dimostra come stelle di massa più elevata abbiano maggiori probabilità di essere circondate da dischi ricchi di “lacune”. A loro volta, tali gaps paiono essere direttamente correlati all’elevata presenza di esopianeti giganti.

“Le stelle di massa più elevata hanno relativamente più dischi con spazi vuoti rispetto alle stelle di massa inferiore, in linea con le correlazioni già note negli esopianeti, dove le stelle di massa più elevata ospitano più spesso giganti gassosi. Queste correlazioni ci dicono direttamente che le lacune nei dischi sono molto probabilmente causate da pianeti giganti, con massa dell’ordine di quella di Nettuno e oltre.», ha affermato Nienke van der Marel, ricercatore presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Victoria, in British Columbia, e l’autore principale della ricerca.

Gli studi sulle lacune nei dischi protoplanetari.

Le lacune nei dischi protoplanetari sono state a lungo considerate come una prova generale della formazione dei pianeti. Tuttavia, questo nuovo studio è il primo a dimostrare una vera correlazione che miri a comprendere il ruolo che le lacune e le cavità svolgono nel processo di evoluzione del disco. In particolare, è stata caratterizzata la distribuzione spaziale della polvere intorno a 700 stelle con una massa compresa tra 0,1 e 3 masse solari, considerando gli effetti dell’evoluzione della polvere e confrontando le loro proprietà con la popolazione degli esopianeti osservati.

I risultati ottenuti mostrano che esopianeti giganti attorno a stelle di sequenza principale, hanno la stessa frequenza dei dischi ricchi in strutture e lacune. “Studi precedenti hanno indicato che c’erano molti più dischi ricchi di cavità rispetto agli esopianeti giganti rilevati”, ha detto Mulders. “Il nostro studio mostra che ci sono abbastanza esopianeti per spiegare la frequenza osservata dei dischi interrotti a diverse masse stellari”. Lo studio, inoltre, specifica che ci sono abbastanza esopianeti per spiegare le strutture dei dischi osservate se i dischi di transizione sono creati da esopianeti più massicci di Giove e i dischi ad anello da esopianeti più massicci di Nettuno.

Inoltre, la correlazione si applica anche ai sistemi stellari con stelle di piccola massa, dove gli scienziati hanno maggiori probabilità di trovare esopianeti rocciosi massicci, noti anche come Super-Terre. Van der Marel, che diventerà assistente professore all’Università di Leiden nei Paesi Bassi a partire da settembre 2021, ha dichiarato: “Le stelle di massa inferiore hanno più Super-Terre rocciose, tra una massa terrestre e una massa di Nettuno. Dischi senza intercapedini, più compatti, portano alla formazione di Super-Terre”.

Un risultato importante

Il grande valore di tale studio sta nel suo contributo alle ricerche future. Infatti, il legame tra massa stellare e dati demografici planetari potrebbe aiutare gli scienziati a identificare quali stelle studiare nella ricerca di pianeti rocciosi. “Questa nuova comprensione delle dipendenze di massa stellare aiuterà a guidare la ricerca di piccoli pianeti rocciosi come la Terra nel vicinato solare”, ha detto Mulders, che fa anche parte del team Alien Earths finanziato dalla NASA. “Possiamo usare la massa stellare per collegare i dischi che formano pianeti attorno a stelle giovani agli esopianeti attorno a stelle mature. Quando viene rilevato un pianeta extrasolare, il materiale che forma il pianeta di solito scompare. Quindi la massa stellare è un “tag” che ci dice come potrebbe essere stato l’ambiente di formazione del pianeta per questi esopianeti”.

Il contributo di ALMA

La ricerca attuale è stata condotta utilizzando i dati di oltre 500 oggetti osservati in studi precedenti utilizzando le antenne Band 6 e Band 7 ad alta risoluzione di ALMA. Al momento, ALMA è l’unico telescopio in grado di visualizzare la distribuzione della polvere millimetrica con una risoluzione angolare sufficientemente elevata da risolvere i dischi di polvere e rivelare la loro sottostruttura.

“Negli ultimi cinque anni, ALMA ha indagato accuratamente alcune regioni di formazione stellare, che hanno portato a centinaia di misurazioni di massa, dimensione e morfologia della polvere del disco”, ha affermato van der Marel. “Il gran numero di proprietà dei dischi osservate ci ha permesso di fare un confronto statistico dei dischi protoplanetari con le migliaia di esopianeti scoperti. Questa è la prima volta che viene dimostrata con successo una dipendenza dalla massa stellare di dischi interrotti e compact disc utilizzando il telescopio ALMA”.

Continua a seguire Astrospace.it sul canale Telegram, sulla pagina Facebook e sul nostro canale Youtube. Non perderti nessuno dei nostri articoli e aggiornamenti sul settore aerospaziale e dell’esplorazione dello spazio. Facci sapere cosa ne pensi con un commento qui sotto!