ALMA Scopre emozionanti strutture in un giovane disco protoplanetario che supporta la formazione planetaria


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Immagine ALMA dell’emissione continua di 0,87 mm dal disco MWC 758.

Gli astronomi hanno usato l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) per scoprire i segni inequivocabili di pianeti nel giovane disco protoplanetario intorno alla stella MWC 758. Hanno ottenuto un’immagine ad alta risoluzione che rivela come il disco abbia non solo una cavità decentrata, ma anche un braccio a spirale corrispondente a quello precedentemente visto in luce riflessa.

“Cosa muove i vari tipi di strutture che vediamo nei giovani dischi che formano pianeti intorno alle protostelle? Questa è una domanda che ha sconcertato gli astronomi per oltre un decennio”, ha sottolineato l’autore principale di questa indagine, Ruobing Dong, presso l’Università dell’Arizona; “Le nostre osservazioni rivelano una grande quantità di nuovi dettagli interessanti in questo sistema per fornire indizi cruciali sulle loro origini”.

Dall’inizio del 2000, in alcune decine di dischi che circondano le stelle neonate sono state scoperte ricche strutture, tra cui fessure e anelli, grumi di polvere e caratteristiche simili a quelle di un braccio a spirale. Con la convinzione che all’interno si stiano formando pianeti, gli astronomi chiamarono questi oggetti dischi protoplanetari.

L’origine di queste strutture è un acceso dibattito tra gli astronomi. In uno scenario, si pensa che siano prodotte da pianeti invisibili che si formano all’interno e interagiscono gravitazionalmente con i dischi visibili, quando i pianeti si aprono spazi attorno a loro, raccogliendo la polvere eccitano i bracci a spirale.

Sono stati anche sollevati modi alternativi per produrre le strutture a disco osservate che non invochino la presenza di pianeti. Ad esempio, grandi cavità centrali possono essere il risultato della fotoevaporazione, come le radiazioni ad alta energia dalla stella centrale che fa evaporare il disco interno. Inoltre, in determinate condizioni, le ombre dei dischi possono imitare i bracci a spirale visti nella luce riflessa.

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Sono contrassegnate varie strutture del disco. I contorni verdi punteggiati segnano i confini del disco, il piccolo cerchio al centro indica approssimativamente la posizione della stella, i due contorni verdi solidi rappresentano l’estensione dei due blocchi luminosi, gli archi bianchi pieni, punteggiati e tratteggiati tracciano gli anelli interno, centrale ed esterno, rispettivamente, e la freccia indica il braccio a spirale.

Il disco protoplanetario intorno alla giovane stella MWC 758 si trova a 500 anni luce da noi. Nel 2012, una coppia di bracci a spirale giganti quasi simmetrici è stata scoperta in luce riflessa. Nell’emissione di polveri termiche e gas molecolari a lunghezze d’onda millimetriche, sono stati trovati anche un grande foro interno e due grossi sbuffi di polvere.

Ora, con la nuova immagine ALMA, la cavità precedentemente conosciuta di MWC 758 appare essere fuori dal centro dalla stella con la sua forma ben descritta da un’ellisse con una messa a fuoco sulla stella. Inoltre, un millimetro di emissione di polvere corrisponde perfettamente a uno dei due bracci a spirale precedentemente visti nella luce riflessa. Entrambe le scoperte sono le prime tra i dischi protoplanetari.

“MWC 758 è una razza rara”, dice Sheng-Yuan Liu di ASIAA, co-autore di questo studio, “Tutti i principali tipi di strutture del disco sono stati trovati in questo sistema. Ci rivela una delle più complete suite di prove della formazione di pianeti in tutti i dischi protoplanetari”.

In precedenza, nel 2015, il Dr. Dong e i suoi collaboratori avevano proposto che i due bracci del disco MWC 758 potessero essere spiegati come pilotati da un pianeta super gioviano appena fuori dal disco.

“Le nostre nuove osservazioni di ALMA danno un supporto fondamentale alle origini planetarie di tutte le strutture”, afferma il Dr. Takayuki Muto della Kogakuin University, co-autore di questa ricerca, “Ad esempio, è entusiasmante vedere ellissi con un focus sulla stella. Questa è la prima legge di Keplero! Sta indicando un’origine dinamica, possibilmente interagendo con i pianeti”.

La cavità fortemente decentrata, d’altra parte, disconosce le spiegazioni alternative come la fotoevaporazione, che non ha una dipendenza azimutale.

Il fatto che il ramo della spirale sud sia presente nell’emissione millimetrica che traccia le regole della polvere fa sì che si tratti di un braccio di densità. Altri scenari, come le ombre, che vedono i bracci a spirale come elementi superficiali, non dovrebbero riprodurre le osservazioni. L’altissima risoluzione ottenuta con il nuovo set di dati ALMA consente inoltre di rilevare un leggero offset tra le posizioni dei bracci nella luce riflessa e nell’emissione di polvere, in linea con i modelli di onda di densità indotta dal pianeta gigante.

“Questi nuovi fantastici dettagli sono resi possibili solo grazie alla straordinaria risoluzione angolare fornita da ALMA”, afferma il co-autore Eiji Akiyama dell’Università di Hokkaido, Giappone, “Abbiamo sfruttato appieno le lunghe capacità di base di ALMA e ora il disco MWC 758 entra a far parte dell’esclusivo club dei dischi ALMA ad altissima risoluzione a fianco di pochi altri”.

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