Il massiccio disco di gas solleva interrogativi sulla teoria della formazione dei pianeti


Immagine composita di ALMA del disco detriti intorno alla giovane stella 49 Ceti. La distribuzione della polvere è mostrata in rosso, la distribuzione del monossido di carbonio è mostrata in verde e la distribuzione degli atomi di carbonio è mostrata in blu.

Gli astronomi che utilizzano l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hanno trovato una giovane stella circondata da una sorprendente massa di gas. La stella, chiamata 49 Ceti, ha 40 milioni di anni e le teorie convenzionali sulla formazione dei pianeti prevedono che il gas sarebbe dovuto scomparire a quell’età. La quantità enigmaticamente grande di gas richiede una riconsiderazione della nostra attuale comprensione della formazione dei pianeti.

I pianeti si formano in dischi gassosi e polverosi chiamati dischi protoplanetari intorno alle giovani stelle. Le particelle di polvere si aggregano per formare pianeti simili alla Terra o per diventare il nucleo di pianeti più massicci raccogliendo grandi quantità di gas dal disco per formare pianeti giganti gassosi simili a Giove. Secondo le teorie attuali, con il passare del tempo il gas nel disco viene incorporato nei pianeti o spazzato via dalla pressione delle radiazioni della stella centrale. Alla fine, la stella è circondata da pianeti e da un disco di detriti polverosi. Questo disco polveroso, chiamato disco di detriti, implica che il processo di formazione dei pianeti è quasi finito.

I recenti progressi dei radiotelescopi hanno suscitato una sorpresa in questo campo. Gli astronomi hanno scoperto che diversi dischi di detriti possiedono ancora una certa quantità di gas. Se il gas rimane a lungo nei dischi di detriti, i semi planetari possono avere abbastanza tempo e materiale per evolversi in pianeti giganti come Giove. Pertanto, il gas in un disco detritico influisce sulla composizione del sistema planetario risultante.
“Abbiamo trovato gas di carbonio atomico nel disco detritico intorno a 49 Ceti utilizzando più di 100 ore di osservazioni sul telescopio ASTE”, dice Aya Higuchi, un astronomo dell’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ). ASTE è un radiotelescopio di 10 metri di diametro in Cile gestito dal NAOJ. “Come naturale estensione, abbiamo usato ALMA per ottenere una visione più dettagliata, e questo ci ha dato la seconda sorpresa. Il gas di carbonio intorno a 49 Ceti si è rivelato 10 volte più abbondante della nostra stima precedente”.

Immagine ALMA del disco dei detriti intorno alla giovane stella 49 Ceti. La distribuzione della polvere è mostrata in rosso, la distribuzione del monossido di carbonio è mostrata in verde e la distribuzione degli atomi di carbonio è mostrata in blu.

Grazie all’alta risoluzione di ALMA, il team ha rivelato per la prima volta la distribuzione spaziale degli atomi di carbonio in un disco detritico. Gli atomi di carbonio sono più ampiamente distribuiti rispetto al monossido di carbonio, le seconde molecole più abbondanti intorno alle stelle giovani, le molecole di idrogeno sono le più abbondanti. La quantità di atomi di carbonio è così grande che il team ha anche rilevato deboli onde radio da una forma più rara di carbonio, il 13C. Questo è il primo rilevamento dell’emissione di 13C a 492 GHz in qualsiasi oggetto astronomico, che di solito è nascosto dietro l’emissione di 12C normale.
“La quantità di 13C è solo l’1% di 12C, quindi il rilevamento di 13C nel disco dei detriti è stato totalmente inaspettato”, dice Higuchi. “E’ una prova evidente che 49 Ceti ha una quantità di gas sorprendentemente grande”.

Qual è l’origine di quel gas?
I ricercatori hanno suggerito due possibilità. Una è che si tratta di gas residuo che è sopravvissuto al processo di dissipazione nella fase finale della formazione dei pianeti. La quantità di gas intorno a 49 Ceti è, tuttavia, paragonabile a quella delle stelle molto più giovani nella fase di formazione dei pianeti attivi. Non esistono modelli teorici che spieghino quanto gas possa essere durato così a lungo. L’altra possibilità è che il gas sia stato rilasciato dalle collisioni di piccoli corpi come le comete. Ma il numero di collisioni necessarie per spiegare la grande quantità di gas intorno a 49 Ceti è troppo grande per poter essere accomodato nelle teorie attuali. Gli attuali risultati di ALMA inducono a riconsiderare i modelli di formazione dei pianeti.

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