Baby pianeti in un disco

Una nuova analisi dei dati di ALMA per una giovane stella HL Tauri fornisce una prova ancora più evidente di pianeti neonati che orbitano attorno alla stella. I ricercatori hanno scoperto due lacune nel disco gassoso intorno a HL Tauri. Le posizioni di queste lacune nel gas corrispondono alle posizioni delle lacune nella polvere trovate nell’immagine ad alta risoluzione di ALMA ripresa nel 2014. Questa scoperta sostiene l’idea che i pianeti si formino in tempi molto più brevi di quanto si pensasse e richiede una revisione degli scenari sulla formazione dei pianeti.

Nel mese di novembre 2014, ALMA ha rilasciato una sorprendente immagine di HL Tauri e del suo disco di gas e polvere. Questa immagine, la più nitida mai ripresa per questo tipo di oggetto, raffigura chiaramente diverse lacune nel disco attorno alla stella.

Gli astronomi non hanno ancora raggiunto una risposta definitiva su ciò che forma le lacune nel disco protoplanetario. Poiché questi dischi sono siti di formazione di pianeti, alcuni suggeriscono che i pianeti neonati siano la chiave; le lacune scure sono scolpite da pianeti che formandosi nel disco attirano o spazzano via la polvere lungo le loro orbite.

Ma altri dubitano di questa spiegazione, perché HL Tauri è molto giovane, si stima che abbia un’età di soltanto circa un milione di anni, e studi classici indicano che ci vogliono più di decine di milioni di anni perchè i pianeti vengano a formarsi da una piccola quantità di polvere. Quei ricercatori propongono altri meccanismi possibili per la formazione dei vuoti nel disco: cambiamenti nella dimensione della polvere per coalescenza o distruzione, o formazione di polvere a causa di molecole gassose che ghiacciano.

Sono stati necessari un numero maggiore di dati per determinare quale teoria sia corretta. Sappiamo che i dischi attorno a giovani stelle contengono gas in aggiunta alla polvere. Infatti, in generale, la quantità di gas è 100 volte più grande di quella della polvere. Il team guidato dal Dr. Hsi-Wei Yen dell’Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, a Taiwan e il professor Shigehisa Takakuwa della Kagoshima University, in Giappone, si è concentrato sulla distribuzione del gas nel disco per capire meglio la vera natura del disco. Se le lacune di polvere fossero causate da variazione nelle proprietà della polvere, questo non inciderebbe direttamente sul gas, cosicchè non verrebbero osservate lacune nella distribuzione del gas. Se d’altra parte, le lacune nella polvere fossero causate dalla gravità di pianeti in formazione, è prevedibile che la gravità crei lacune anche nel gas.

Anche con la sensibilità senza precedenti di ALMA, non era facile rivelare la distribuzione di gas nel disco. Il team ha ricavato le emissioni da molecole di HCO+ nei dati a disposizione della campagna “ALMA Long Baseline” (campagna delle linee base lunghe di ALMA) e ha accumulato le emissioni in anelli attorno alla stella per aumentare la sensibilità effettiva. Questa tecnica di analisi dei dati ha prodotto l’immagine più nitida mai ripresa della distribuzione di gas attorno ad una giovane stella.

L’immagine della distribuzione di HCO+ rivela almeno due vuoti nel disco, con raggi di 28 e 69 unità astronomiche. “Con nostra sorpresa, queste lacune nel gas si sovrappongono alle lacune di polvere”, ha detto Yen, autore principale dello studio che è stato pubblicato su Astrophysical Journal Letters. “Questo supporta l’idea che le lacune siano le impronte lasciate da pianeti neonati”. Il fatto che le lacune nella polvere e nel gas corrispondano implica che la quantità di materiale nelle lacune probabilmente diminuisca. Questo depone a sfavore di alcune delle teorie che hanno cercato di spiegare le lacune esclusivamente da cambiamenti nelle particelle di polvere. Una diminuzione della quantità di materiale nelle lacune supporta la teoria della formazione di pianeti, nonostante la giovane età di HL Tauri. “I nostri risultati indicano che i pianeti cominciano a formarsi molto prima di quanto ci aspettassimo”, ha aggiunto Yen.

Il team ha anche scoperto che la densità del gas è abbastanza elevata da ospitare un giovane pianeta intorno alla lacuna più interna. Confrontando la struttura della lacuna più interna con i modelli teorici, il team ha stimato che il pianeta abbia una massa di 0,8 volte quella gioviana.

D’altra parte, l’origine della lacuna più esterna non è ancora chiara. Il team ha suggerito la possibile esistenza di un pianeta 2,1 volte più massiccio di Giove, ma la ricerca attuale non può eliminare la possibilità che la lacuna sia formata dal trascinamento dovuto ad una sorta di attrito tra particelle di polvere e gas. Per risolvere questa questione, sono necessari ulteriori dati.

“La nostra ricerca dimostra chiaramente che l’applicazione di nuove tecniche di analisi dei dati alle informazioni esistenti può portare alla scoperta di fatti importanti, aumentando ulteriormente il già elevato potenziale scientifico di ALMA”, ha commentato Takakuwa. “Applicando lo stesso metodo per gli insiemi di dati relativi ad altre giovani stelle, ci aspettiamo di costruire un modello sistematico di formazione dei pianeti”.