Una ricerca sui sistemi in formazione e dei loro dischi protoplanetari ha mostrato che hanno tutti un’evoluzione molto similare.
Alcune delle domande più interessanti nella ricerca astronomica odierna sono: che aspetto hanno gli altri sistemi planetari? Quanto è paragonabile il Sistema Solare ad altri sistemi planetari? Un team di astronomi ha ora fornito indizi cruciali per risolvere questo enigma. Finora non sapevamo con certezza quali proprietà dominassero l’evoluzione dei dischi di formazione dei pianeti attorno alle giovani stelle, ma i nuovi risultati indicano che in ambienti senza alcuna influenza esterna rilevante, la massa del disco osservata disponibile per la formazione di nuovi pianeti dipende solo dall’età del sistema del disco stellare.
La massa del disco è la proprietà chiave quando si studia l’evoluzione dei dischi che formano i pianeti. Questa quantità determina quanto materiale è disponibile per essere trasformato in pianeti. A seconda dell’età del disco, potrebbe anche fornire indizi dell’eventuale presenza di pianeti. Effetti esterni come l’irradiazione e i venti delle stelle massicce vicine hanno ovviamente un impatto sulla sopravvivenza del disco. Tuttavia, tali ambienti sono rari e quei processi non rivelano molto sui dischi stessi.
Gli astronomi invece sono più interessati alle proprietà interne del disco come l’età, la composizione chimica o la dinamica delle nubi da cui sono emerse le giovani stelle con i loro dischi protoplanetari.
Il metodo di ricerca
Il team di astronomi ha selezionato una vasta e nota regione di giovani stelle avente diversi dischi protoplanetari: la nuvola di Orione A facente parte della Nebulosa di Orione. Distante circa 1350 anni luce dalla Terra Orion A ha fornito un campione di dimensioni senza precedenti di oltre 870 dischi.
Era infatti fondamentale essere in grado di cercare piccole variazioni nella massa del disco a seconda dell’età e persino degli ambienti locali all’interno della nuvola. Il campione scelto deriva da precedenti osservazioni con il telescopio spaziale Herschel, che ha permesso di identificare i dischi e la combinazione di diverse lunghezze d’onda ha fornito un criterio per stimare la loro età.
Poiché appartengono tutti alla stessa nuvola di polveri, gli astronomi si aspettavano poca influenza dalla chimica e dalle variazioni della sua storia.
Per misurare la massa del disco, il team ha utilizzato l’Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) nel deserto cileno di Atacama. ALMA è composto da 66 antenne paraboliche, che funzionano come un unico telescopio con una risoluzione angolare regolabile. Gli scienziati hanno applicato una modalità di osservazione che ha permesso loro di mirare in modo efficiente a ciascun disco a una lunghezza d’onda di circa 1,2 millimetri.
Con questo approccio, gli astronomi hanno determinato le masse di polvere dei dischi. Tuttavia, le osservazioni sono insensibili a oggetti molto più grandi di pochi millimetri, ad esempio rocce e pianeti. Pertanto, il team ha misurato efficacemente la massa del materiale del disco in grado di formare pianeti.
Prima di calcolare le masse del disco, gli astronomi hanno combinato e calibrato i dati di diverse dozzine di telescopi ALMA. Questo compito diventa piuttosto impegnativo quando si tratta di set di dati di grandi dimensioni. Utilizzando metodi standard, ci sarebbero voluti mesi per elaborare i dati raccolti. Invece, il team ha sviluppato un nuovo metodo utilizzando computer paralleli e le 3000 ore di CPU necessarie per completare l’attività e preparare i dati per l’analisi successiva sono trascorse in meno di un giorno.
I dischi protoplanetari di Orion A
Complessivamente, Orion A contiene dischi di formazione di pianeti, ciascuno con polvere che ammonta a poche centinaia di masse terrestri. Tuttavia, degli 870 dischi, solo 20 contengono polvere equivalente a un numero di 100 terre o poco più. In generale, il numero di dischi diminuisce rapidamente con la massa, con una maggioranza contenente meno di 2,2 masse terrestri di polvere.
In effetti, gli scienziati hanno trovato variazioni minori nella distribuzione della massa del disco su scale di decine di anni luce all’interno di Orione A. Tuttavia, possono essere spiegate come un effetto dell’età, il che significa che entro pochi milioni di anni le masse del disco tendono a diminuire verso popolazioni più anziane.E, all’interno dei margini di errore, ammassi di dischi della stessa età che formano pianeti mostrano la stessa distribuzione di massa.
Non sorprende affatto scoprire che la massa di polvere nei dischi di formazione dei pianeti diminuisce nel tempo. Dopotutto, la polvere è una delle materie prime per i pianeti. Quindi, la formazione di pianeti riduce sicuramente la quantità di polvere che vaga liberamente per il disco. Altri processi ben noti sono la migrazione della polvere verso il centro del disco e l’evaporazione della polvere per irraggiamento dalla stella ospite.
Tuttavia, è sorprendente vedere una correlazione così forte tra la massa del disco e l’età.
Un comportamento analogo per tutti i dischi
Tutti quei dischi sono emersi dallo stesso ambiente che ora costituisce la nuvola di Orion A.
Ma come si confronta questo con altre giovani popolazioni di dischi stellari?
Gli astronomi hanno affrontato questa domanda confrontando i loro risultati con diverse regioni vicine di formazione stellare con dischi di formazione di pianeti. Fatta eccezione per due, tutti si adattano perfettamente alla relazione dell’età di massa che si trova in Orione A. Lo studio dimostra che, almeno entro i prossimi 1000 anni luce circa, tutte le popolazioni di dischi di formazione di pianeti mostrano lo stesso distribuzione di massa a una data età.
E sembrano evolversi più o meno allo stesso modo. Il risultato potrebbe dunque suggerire la formazione di sistemi planetari sorprendentemente simili.
Come passo successivo, gli scienziati esamineranno i possibili impatti delle stelle vicine su scale più piccole di pochi anni luce. Sebbene abbiano evitato il forte campo di radiazione causato dalle stelle massicce nella Nebulosa di Orione, ci sono stelle di campo potenzialmente più deboli che possono influenzare la polvere nei dischi vicini e alterare le statistiche sulla massa del disco. Tali contributi possono spiegare alcune delle deviazioni riscontrate nella relazione tra massa del disco e età.
I risultati ottenuti potranno aiutare a rafforzare il quadro generale di un’evoluzione del disco di formazione di pianeti dominata dall’età.
Riferimenti: Max Planck Institute for Astronomy
