Alcune osservazioni effettuate dal James Webb hanno fornito un’analisi dettagliata della formazione di esopianeti attorno alla giovane stella PDS 70, situata a circa 370 anni luce dalla Terra nella costellazione del Centauro. Questo sistema stellare, che ha un’età stimata di circa 5 milioni di anni, è stato a lungo studiato per la presenza di un ampio disco protoplanetario in cui sono stati identificati due esopianeti in formazione: PDS 70 b e PDS 70 c.
Uno degli aspetti più interessanti di questo sistema è la cavità centrale presente nel disco circumstellare, una caratteristica che suggerisce un processo attivo di accrescimento planetario. Tuttavia, le osservazioni precedenti con telescopi ottici e radio, inclusi il radiotelescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) e il VLT (Very Large Telescope), non avevano mai fornito un quadro così dettagliato della distribuzione di gas e polveri e delle interazioni tra la stella e i suoi esopianeti nascenti.
Grazie allo strumento NIRISS (Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph)di Webb, il team di ricerca guidato da Dori Blakely, dottoranda presso l’Università di Victoria, ha impiegato una tecnica interferometrica innovativa chiamata Aperture Masking Interferometry (AMI). Questo metodo ha permesso di ottenere immagini ad alta risoluzione, riducendo la luminosità della stella centrale e migliorando la capacità di osservare dettagli cruciali del disco e della formazione planetaria.
Nuove osservazioni ad alta risoluzione con Webb
La principale innovazione di questa ricerca risiede nella capacità del James Webb di osservare nel vicino infrarosso con una risoluzione senza precedenti. Il team ha utilizzato NIRISS in modalità AMI sfruttando un sistema di mascheramento per eliminare l’intensa luminosità della stella centrale, e ottenere immagini più nitide degli oggetti circostanti.
Questa tecnica è particolarmente efficace per lo studio dei dischi protoplanetari e dei pianeti in formazione, perché consente di analizzare in dettaglio le strutture più deboli e i fenomeni dinamici che avvengono nella regione interna del sistema PDS 70. Le osservazioni hanno rivelato grumi di polvere e gas che potrebbero rappresentare materiali in fase di aggregazione per la nascita di nuovi corpi planetari.
Inoltre, grazie alla spettroscopia nel vicino infrarosso, è stato possibile identificare la composizione chimica del disco e individuare firme spettroscopiche di molecole chiave, come monossido di carbonio (CO), vapore acqueo e idrocarburi complessi. La presenza di questi composti suggerisce che i due esopianeti in formazione stiano accumulando materiale volatile, elemento cruciale per comprendere la diversità atmosferica dei giganti gassosi e dei pianeti rocciosi.
Le immagini ottenute con Webb hanno anche confermato la presenza di una regione di accrescimento attorno a PDS 70 c, che indica che il pianeta sta ancora raccogliendo massa dal disco circostante. Questo è un risultato fondamentale, poiché offre prove dirette dell’accrescimento planetario in tempo reale, un fenomeno finora solo ipotizzato in molti sistemi stellari giovani.
La formazione di esopianeti attorno alla stella PDS 70
Un altro aspetto chiave emerso dalle osservazioni riguarda la struttura del disco circumstellare di PDS 70. La presenza di una vasta cavità centrale suggerisce che l’interazione gravitazionale dei due pianeti abbia influenzato significativamente la distribuzione della materia nel disco.
Questo fenomeno è noto come interazione disco-pianeta, ed è uno dei processi fondamentali nella formazione ed evoluzione dei sistemi planetari.
Le simulazioni teoriche prevedono che quando un pianeta massiccio si forma all’interno di un disco protoplanetario, esso può aprire delle lacune nel disco a causa della sua gravità. Questo è esattamente ciò che è stato osservato in PDS 70: la cavità centrale è stata probabilmente scolpita dall’azione combinata di PDS 70 b e c, che stanno accrescendo massa e sottraendo materiale dal disco.
Un elemento particolarmente interessante è la possibile presenza di strutture spiraliformi e flussi di gas all’interno del disco, che potrebbero indicare la presenza di altri oggetti in formazione, come lune o pianeti più piccoli.
Le implicazioni sulla formazione planetaria
Le osservazioni suggeriscono che il materiale circumplanetario attorno a PDS 70 c potrebbe addirittura dar luogo alla formazione di una luna esoplanetaria, un fenomeno che, se confermato, rappresenterebbe un passo significativo nello studio delle condizioni necessarie alla formazione di satelliti naturali.
Infine, lo studio di PDS 70 ha profonde implicazioni per la nostra comprensione della formazione planetaria nel cosmo. Poiché il nostro Sistema Solare si è formato in condizioni analoghe, l’analisi di sistemi giovani come PDS 70 ci permette di testare modelli teorici sulla nascita dei pianeti, e di valutare le condizioni che potrebbero portare allo sviluppo di sistemi simili al nostro.
Il Webb, con le sue capacità di osservazione senza precedenti, continuerà a svolgere un ruolo cruciale in questa ricerca, fornendo dati sempre più dettagliati su come i pianeti si formano e si evolvono nei primi milioni di anni di vita di un sistema stellare.
Lo studio, pubblicato su The Astronomical Journal, è reperibile qui.
