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SPHERE rivela come i dischi protoplanetari vengono modellati dai pianeti appena nati


Lo strumento installato al telescopio VLT dell’ESO ha raccolto tre dettagliatissime immagini di altrettante strutture di gas e polveri attorno a giovani stelle dove stanno formandosi pianeti. Il loro studio, a cui partecipano anche ricercatori dell’INAF, sta rivelando importanti dettagli dei processi che portano alla nascita degli esopianeti.


 

Protoplanetary discs observed with SPHERE

Questi tre dischi planetari sono stati osservati con lo strumento SPHERE, montato sul VLT dell’ESO. Le osservazioni sono state fatte per chiarire l’evoluzione enigmatica dei sistemi planetari appena nati.La zona centrale appare scura nelle immagini perchè SPHERE blocca la luce della stella centrale per rivelare le strutture molto piu’  deboli che la circondano.


Nuove, nitidissime osservazioni hanno mostrato strutture appariscenti nei dischi di formazione planetaria intorno a giovani stelle. Lo strumento SPHERE, montato sul VLT (Very Large Telescope) dell’ESO, ha reso possibile l’osservazione della complessa dinamica dei giovani sistemi planetari – tra cui uno che letteralmente si modifica sotto i nostri occhi. I risultati recentemente pubblicati da tre diverse equipe di astronomi mettono in luce le considerevoli capacità di SPHERE nel catturare le forme che i pianeti scolpiscono nei dischi da cui si formano, mostrando la complessità dell’ambiente da cui nascono nuovi mondi.

Tre equipe di astronomi hanno usato SPHERE, uno strumento di punta per la ricerca degli esopianeti montato sul VLT (Very Large Telescope) dell’ESO all’Osservatorio del Paranal, per far luce sull’evoluzione enigmatica dei sistemi planetari neonati. L’esplosione negli ultimi anni del numero di esopianeti noti ha reso il loro studio uno dei campi più attivi dell’astronomia moderna.

Disc around the young star RX J1615

Il disco planetario che circonda la stella RXJ1615 nella costellazione dello Scorpione, a circa 600 anni luce dalla Terra. Le osservazioni mostrano un sistema complesso di anelli concentrici che circondano la giovane stella, che assomiglia a una versione titanica degli anelli che circondano Saturno. Un tale intrico di anelli in un disco protoplanetario è stato ripreso finora solo una manciata di volte.


Oggi si sa che i pianeti si formano da estesi dischi di gas e polvere che circondano le stelle appena nate, noti come dischi protoplanetari, che si estendono per migliaia di milioni di chilometri. Con il passar del tempo, le particelle che formano i dischi protoplanetari entrano in collisione, si combinano e infine crescono a dimensioni planetarie. I dettagli più minuti dell’evoluzione di questi dischi sono però ancora sconosciuti.

SPHERE è un’aggiunta recente al parco strumentale del VLT e, con la sua combinazione di tecnologie innovative, è molto efficace nell’ottenere immagini dirette dei minuti dettagli dei dischi protoplanetari [1]. L’interazione tra i dischi protoplanetari e i pianeti in crescita possono plasmare i dischi in forme diverse: ampi anelli, bracci a spirale o vuoti in ombra. Sono particolarmente interessanti poichè non è ancora stato individuato un legame inequivocabile tra le strutture e i pianeti che le formano. È un mistero che gli astronomi anelano a risolvere. Per fortuna, l’osservazione diretta di queste strutture sorprendenti nei dischi protoplanetari è alla portata di SPHERE, con le sue capacità peculiari.

Prendiamo per esempio RXJ1615, una giovane stella, nella costellazione dello Scorpione, a circa 600 anni luce da Terra. Un’equipe, guidata da Jos de Boer, del Leiden Observatory nei Paesi Bassi, ha trovato un sistema complesso di anelli concentrici che circondano la giovane stella, formando una versione titanica degli anelli che circondano Saturno.

Disc around the star HD 135344B

Disco planetario che circonda la stella HD135344B, a circa 450 anni luce da noi. Il disco mostra chiare strutture simili a bracci a spirale, che si pensa siano formate da due protopianeti massicci, destinati a diventare simili a Giove.


Immagini di una scultura intricata di anelli simile a questa sono state ottenute finora solo per una manciata di stelle e, cosa ancora più interessante, l’intero sistema sembra non avere più di 1,8 milioni di anni. Il disco mostra segni dell’effetto prodotto da pianeti ancora nel processo di formazione.

L’età del disco protoplanetario appena rivelato fa di RXJ1615 un sistema eccezionale, poichè la maggior parte degli altri dischi finora trovati sono relavitamente vecchi o evoluti. Il risultato inatteso di De Boer è stato subito ripreso dalle scoperte di un’altra equipe guidata da Christian Ginski, sempre al Leiden Observatory, che ha osservato la giovane stella HD97048, nella costellazione del Camaleonte, a circa 500 anni luce dalla Terra. Per mezzo di un’analisi minuziosa sono stati in grado di individuare gli anelli concentrici anche nel disco ancora immaturo intorno a questa stella. La simmetria in questi due sistemi è sorprendente, poichè la maggior parte dei sistemi protoplanetari contiene bracci a spirale asimmetrici, vuoti e vortici. Queste scoperte fanno crescere il numero di sistemi conosciuti in cui sono presenti anelli multipi con elevato grado di simmetria.

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Immagine di HD 97048.


Un esempio particolarmente spettacolare dei dischi asimmetrici, più comuni, è stato ottenuto da un gruppo di astronomi, guidati da Tomas Stolker dell’Anton Pannekoek Institute for Astronomy, Paesi Bassi. Il disco circonda la stella HD135344B, a circa 450 anni luce da noi. Nonostante questa stella sia stata ben studiata in passato, SPHERE ha permesso di osservare il disco protoplanetario con un dettaglio finora mai raggiunto. Si pensa che la cavità centrale molto ampia e le due strutture che assomigliano a bracci a spirale siano state create da uno o più protopianeti massicci, destinati a diventare simili a Giove.

Inoltre si vedono quattro bande scure, all’apparenza ombre proiettate dal materiale in movimento nel disco di HD135344B. È interessante osservare come una di queste bande sia cambiata notevolmente nei mesi intercorsi tra i vari periodi di osservazione: un raro esempio di evoluzione planetaria osservata in tempo reale. Ciò suggerisce che i cambiamenti nelle zone interne dei dischi non possano ancora essere direttamente osservati da SPHERE. Oltre a produrre immagini molto belle, queste ombre vacillanti forniscono un modo unico di investigare la dinamica delle regioni più interne del disco.

Così come gli anelli concentrici trovati da de Boer e Ginski, queste osservazioni dell’equipe di Stolker dimostrano che l’ambiente complesso e mutevole dei dischi che circondano le giovani stelle riservano ancora nuove sorprese. Costruendo una mole impressionante di conoscenze sui dischi protoplanetari, queste equipe stanno avvicinandosi alla comprensione dell’interazione dei pianeti con i dischi da cui si formano – e perciò della formazione stessa dei pianeti.

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