Il telescopio spaziale James Webb ha aiutato gli astronomi a risolvere un mistero di lunga data: come è possibile che le comete del Sistema Solare, che si trovano in zone molto fredde come la Fascia di Kuiper e la Nube di Oort, contengano cristalli di silicato che si formano solo ad alte temperature?
Osservando la giovane stella EC 53, nella nebulosa Serpente a circa 1300 anni luce dalla Terra, il Webb ha mostrato con chiarezza dove e come questi cristalli si formano. Grazie allo strumento MIRI, che osserva nel medio infrarosso, è stato possibile vedere che i cristalli nascono nella parte interna e calda del disco di gas e polvere che circonda la stella. Qui, materiali come la forsterite e l’enstatite si trasformano da polveri normali in cristalli grazie al calore.
Il telescopio ha anche osservato forti flussi di gas e polvere che partono dal disco, soprattutto quando la stella è in una fase attiva e “mangia” più materiale. Questi flussi riescono a spingere i cristalli verso le zone più esterne e fredde del disco, proprio dove in futuro potranno formarsi le comete. Per la prima volta, si è potuto osservare direttamente il processo che collega la formazione dei cristalli nelle zone calde alla loro presenza nelle zone fredde, un passaggio importante per capire come si formano i sistemi planetari come il nostro.
Dove nascono i cristalli: il cuore caldo del disco
Le osservazioni di EC 53 si sono concentrate su una fase molto precoce della vita di una stella simile al Sole. A questa età, la stella è ancora circondata da un denso disco protoplanetario composto da gas, polveri e piccoli aggregati solidi. Utilizzando la sensibilità di MIRI nella banda del medio infrarosso, i ricercatori hanno identificato con precisione la composizione della polvere nella regione interna del disco.
In questa zona calda, Webb ha rilevato la presenza di minerali cristallini come la forsterite e l’enstatite. Si tratta di materiali comuni sulla Terra, ma finora mai osservati con questa chiarezza in formazione attorno a una stella così giovane. La presenza dei cristalli è stata mappata sia durante una fase “tranquilla” della stella, sia durante un periodo di maggiore attività, che EC 53 attraversa in modo regolare circa ogni 18 mesi.
Durante questi periodi, la stella assorbe più rapidamente materiale dal disco, e al tempo stesso emette getti e venti più intensi. Le variazioni nella composizione e nella distribuzione della polvere tra una fase e l’altra offrono un’istantanea dinamica di come si formano e si muovono i materiali nei dischi protoplanetari.
Cristalli in viaggio
Un aspetto importante emerso dallo studio di EC 53, infatti, riguarda i meccanismi che permettono ai cristalli di silicato di spostarsi all’interno del disco. I dati di Webb mostrano getti veloci di gas che si sviluppano lungo gli assi polari della stella, affiancati da flussi più lenti e diffusi provenienti dalle regioni interne del disco. Questi flussi agiscono come un sistema di trasporto naturale, capace di sollevare i cristalli formati vicino alla stella e distribuirli verso le regioni esterne e fredde del disco.
Questi meccanismi di trasporto non solo spiegano la presenza di materiali cristallini nelle comete, ma sono anche fondamentali per comprendere l’evoluzione del disco stesso. Nel tempo, le polveri e i cristalli si aggregano in corpi sempre più grandi, dando origine a planetesimi e infine a pianeti. Le regioni dove si formano questi materiali e la loro distribuzione iniziale possono influenzare la composizione dei futuri corpi planetari.
L’immagine ottenuta dal Webb con la NIRCam nel vicino infrarosso mostra una struttura ad arco illuminato, segno visibile dei flussi in uscita. Altre regioni, oscurate dalla polvere, non sono visibili in questa banda.
EC 53 rimarrà avvolta nel suo disco ancora per circa 100 mila anni. In questo periodo, la formazione dei cristalli e la loro distribuzione continueranno, contribuendo alla costruzione di un sistema planetario simile, forse, al nostro.
L’abstract dello studio, pubblicato su Nature, è reperibile qui.
