Echi di Luce da Dischi Protoplanetari

Immaginate di voler misurare la dimensione di una stanza, ma è completamente buio. Se si grida, si può dire se lo spazio in cui ci si trova è relativamente grande o piccolo, a seconda di quanto tempo ci vuole per sentire l’eco che rimbalza sul muro.

Gli astronomi usano questo principio per studiare gli oggetti così lontani che non possono essere visti più che come puntini. In particolare, i ricercatori sono interessati a calcolare fino a che punto le giovani stelle sono lontane dal bordo interno dei dischi protoplanetari che le circondano. Questi dischi di gas e polveri sono luoghi in cui si formano i pianeti nel corso di milioni di anni.

“Comprendere i dischi protoplanetari può aiutarci a capire alcuni misteri circa gli esopianeti”, ha detto Huan Meng, dell’University of Arizona, Tucson. “Vogliamo sapere come si formano i pianeti e perché troviamo grandi pianeti chiamati ‘gioviani caldi’ vicino alle loro stelle”. Il nuovo studio è stato pubblicato sulla rivista Astrophysical Journal ed utilizza i dati dal telescopio spaziale Spitzer della NASA e di quattro telescopi terrestri per determinare la distanza di una stella dal bordo interno del relativo disco protoplanetario che la circonda.

La misurazione non è stata così semplice come appoggiare un righello su una fotografia. I ricercatori hanno usato un metodo noto come “foto-riverbero” o “eco di luce”. Quando la stella centrale illumina, una parte della luce colpisce il disco circostante, provocando un “eco” ritardato. Gli scienziati hanno misurato il tempo impiegato dalla luce proveniente direttamente dalla stella per raggiungere la Terra, poi hanno aspettato che la sua eco arrivasse.

Grazie alla teoria della relatività speciale di Einstein, sappiamo che la luce viaggia a velocità costante. Per determinare una certa distanza, gli astronomi possono moltiplicare la velocità della luce per il tempo che la luce impiega ad andare da un punto ad un altro. Per trarre vantaggio da questa formula, gli scienziati avevano bisogno di trovare una stella variabile, vale a dire una stella che emette radiazioni in una maniera imprevedibile e irregolare. Il nostro Sole ha un’emissione relativamente stabile, ma una stella variabile avrebbe cambiamenti unici, rilevabili nella radiazione.

Le giovani stelle, che hanno emissione variabile, sono le migliori candidate. La stella utilizzata in questo studio si chiama YLW 16B e si trova a circa 400 anni luce dalla Terra. YLW 16B ha circa la stessa massa del nostro Sole, ma ha soltanto un milione di anni d’età.

Gli astronomi hanno combinato i dati di Spitzer con osservazioni da telescopi terrestri: il telescopio Mayall al Kitt Peak National Observatory in Arizona, il SOAR e lo SMARTS in Cile, e il telescopio Harold L. Johnson in Messico. Nel corso di due notti di osservazione, i ricercatori hanno osservato il ritardo tra le emissioni stellari e i loro echi di luce nel disco circostante. A causa delle dense nubi interstellari che bloccano l’osservazione dalla Terra, gli astronomi non potevano usare la luce visibile per monitorare la stella, pertanto i telescopi hanno rilevato la luce infrarossa.

I ricercatori hanno quindi calcolato quanto questa luce deve aver viaggiato durante quel ritardo: circa 0,08 unità astronomiche, cioè circa l’8 percento della distanza tra la Terra e il Sole, o un quarto del diametro dell’orbita di Mercurio. Questa stima è stata leggermente inferiore rispetto alle precedenti realizzate con tecniche indirette, ma in linea con le aspettative teoriche.

I ricercatori sono stati anche in grado di determinare che il bordo interno del disco è abbastanza spesso. In precedenza, gli astronomi avevano usato la tecnica dell’eco di luce per misurare la dimensione dei dischi di accrescimento attorno ai buchi neri supermassicci. Poiché la luce non sfugge da un buco nero, i ricercatori confrontano la luce proveniente dal bordo interno del disco di accrescimento con la luce proveniente dal bordo esterno per determinare la dimensione del disco.

Questa tecnica viene utilizzata anche per misurare la distanza da altre formazioni vicine al disco di accrescimento, come polveri e gas circostante in rapido movimento. Mentre gli echi di luce provenienti da buchi neri supermassicci presentano ritardi di giorni o settimane, gli scienziati in questo studio hanno determinato che lo sfasamento temporale nel caso del disco protoplanetario è di soli 74 secondi.

Lo studio segna la prima volta in cui il metodo dell’eco di luce è stato usato nel contesto dei dischi protoplanetari. “Questo nuovo approccio può essere utilizzato per altre giovani stelle con pianeti in formazione nel disco che le circonda”, ha dichiarato Peter Plavchan, co-autore dello studio e professore presso la Missouri State University a Springfield.

http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=6439