Un team di astronomi guidato da Kamber Schwarz, dell’Università dell’Arizona, è riuscito ad osservare da vicino un disco protoplanetario che sta formando pianeti attorno alla giovane stella GM Aurigae, a poco più di 500 anni luce da noi. La scoperta si basa sulle osservazioni del radiotelescopio ALMA (Atacama Large Millimiter/submillimiter Array) e dell’Herschel Space Observatory dell’ESA. I dati sembrano infatti suggerire che una regione interna del disco di GM Aurigae abbia iniziato a collassare per formare un gigantesco pianeta gassoso.

Molecole traccianti in un disco protoplanetario

Il radiotelescopio ALMA lavora su lunghezze d’onda millimetriche e submillimetriche. Questo gli permette di rilevare le molecole e le strutture più complesse formate da esse. Nel caso di un disco protoplanetario, la maggior parte della massa è costituita da molecole di idrogeno, H2. Esse non sono semplici da rilevare, perché a temperature basse un disco protoplanetario praticamente non emette radiazione. Per scovarle si possono utilizzare delle molecole traccianti che tipicamente si trovano in compagnia dell’H2.

Per un disco, i ricercatori sfruttano come tracciante una molecola insolita: HD, il deuteruro di idrogeno. Questa molecola è formata da un atomo di idrogeno e uno di deuterio (o idrogeno pesante, con un protone e anche un neutrone nel nucleo). L’HD può essere rilevato nel lontano infrarosso, e per il disco attorno a GM Aurigae l’Herschel Space Observatory aveva già osservato la radiazione HD.

Tuttavia, tale radiazione dipende anche dalla temperatura, che deve essere ricostruita nelle diverse parti del disco, per poterne poi stimare la variazione e quindi le corrispondenti linee molecolari di HD.

Dal modello fisico alla stima di massa e temperatura

Il modello fisico ideato per il disco protoplanetario e utilizzato da Schwarz e colleghi è sufficientemente dettagliato da riprodurre la distribuzione di gas e polvere attorno alla stella così come le variazioni di temperatura. Per poter ottenere una buona corrispondenza del modello con le osservazioni, i ricercatori hanno modificato vari parametri, come la distribuzione di anidride carbonica o la scala della temperatura. Grazie all’accordo finale tra dati e simulazione, Schwarz e colleghi sono riusciti a stimare:

• la massa del disco protoplanetario pari a 0.2 masse solari, un valore molto elevato rispetto alle aspettative;
• la temperatura del disco, che è particolarmente bassa, tanto che il 32% di esso è più freddo di 20 gradi.

C’è un pianeta in fabbricazione!

Utilizzando tutte queste considerazioni, i ricercatori hanno dimostrato che entro una certa distanza dalla stella centrale, tra 70 e 100 volte la distanza Terra-Sole, il disco sembra essere vicino all’instabilità. Questa regione salta all’occhio nelle osservazioni, che mostrano le emissioni di polvere come un anello luminoso. Questa regione, che dovrebbe consentire la nascita di un pianeta, potrebbe subire un collasso dovuto alla temperatura più bassa e alla presenza di polvere in grosse quantità (la stessa che protegge il disco dalla radiazione). Il prodotto più probabile di questa fabbricazione sarebbe un futuro pianeta gassoso gigante.

Arriveranno studi più approfonditi

Purtroppo il modello, per quanto ottimo, non consente di simulare nel dettaglio il movimento del gas e il collasso di una delle regioni del disco. Schwarz e i suoi colleghi prevedono quindi di studiare più a fondo questa regione, sfruttando i dati di MAPS. Sulla base delle proprietà degli spettri elettromagnetici, i ricercatori potranno ricostruire la velocità del gas nel disco protoplanetario e poter quindi affermare con maggior certezza la presenza di un pianeta in formazione.

La ricerca di Schwarz e collaboratori rientra nel programma MAPS (Molecules with ALMA at Planet-forming Scales). Lo studio, pubblicato per Astrophysics Journal Supplement Series, può essere letto qui.

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