Gas in rapido movimento si allontana da una giovane stella a causa della vaporizzazione di comete ghiacciate


Immagine artistica del sistema, con la stella al centro, e la cintura di polvere interna da cui il gas viene prodotto e disperso verso l’esterno fino alle estremità del sistema.

Uno stadio unico dell’evoluzione del sistema planetario è stato osservato dagli astronomi, mostrando un gas di monossido di carbonio in rapido movimento che si allontana da un sistema stellare distante oltre 400 anni luce, una scoperta che offre l’opportunità di studiare come si è sviluppato il nostro sistema solare.


Gli astronomi hanno rilevato gas di monossido di carbonio in rapido movimento che si allontana da una giovane stella a bassa massa: uno stadio unico dell’evoluzione del sistema planetario che può fornire un’idea di come si è evoluto il nostro sistema solare e suggerisce che il modo in cui i sistemi si sviluppano può essere più complicato di quanto si pensasse in precedenza.

Sebbene non sia ancora chiaro come il gas venga espulso così velocemente, il team di ricercatori, guidato dall’Università di Cambridge, ritiene che possa essere prodotto da comete ghiacciate che vengono vaporizzate nella cintura di asteroidi della stella. I risultati saranno presentati alla conferenza virtuale “Five Years After HL Tau” che si terrà a dicembre.

La scoperta è stata effettuata con l’Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA) in Cile, nell’ambito di un’indagine su giovani stelle di “classe III”, riportata in un precedente articolo. Alcune di queste stelle di classe III sono circondate da dischi di detriti, che si ritiene siano formati dalle collisioni in corso di comete, asteroidi e altri oggetti solidi, noti come planetesimi, nella parte esterna dei sistemi planetari di recente formazione. Gli avanzi di polvere e detriti di queste collisioni assorbono la luce delle loro stelle centrali e la irradiano come un debole bagliore che può essere studiato con ALMA.

Nelle regioni interne dei sistemi planetari, i processi di formazione dei pianeti dovrebbero portare alla perdita di tutte le polveri più calde, e le stelle di classe IIII sono quelle che rimangono – al massimo – con polvere fioca e fredda. Queste deboli fasce di polvere fredda sono simili ai noti dischi di detriti visti intorno ad altre stelle, simili alla fascia di Kuiper nel nostro sistema solare, che è noto per ospitare asteroidi e comete molto più grandi.

Nel sondaggio, la stella in questione, ‘NO Lup‘, che ha circa il 70% della massa del nostro sole, è stata trovata con un debole disco polveroso a bassa massa, ma è stata l’unica stella di classe III in cui è stato rilevato il gas monossido di carbonio, una prima per questo tipo di stella giovane con ALMA. Mentre è noto che molte giovani stelle ospitano ancora i dischi che formano i pianeti ricchi di gas con cui sono nate, NO Lup è più evoluta, e ci si sarebbe aspettato che avesse perso questo gas primordiale dopo che si erano formati i suoi pianeti.

Mentre il rilevamento del gas monossido di carbonio è raro, ciò che ha reso unica l’osservazione è stata la scala e la velocità del gas, che ha richiesto uno studio successivo per esplorarne il movimento e le origini.

“Il solo rilevamento del gas monossido di carbonio è stato emozionante, dato che nessun’altra giovane stella di questo tipo era stata precedentemente osservata da ALMA”, ha detto il primo autore Joshua Lovell, un dottorando dell’Istituto di Astronomia di Cambridge. “Ma quando abbiamo guardato più da vicino, abbiamo trovato qualcosa di ancora più insolito: vista la distanza del gas dalla stella, si muoveva molto più velocemente del previsto”. Questo ci ha lasciato perplessi per un bel po’ di tempo”.

Grant Kennedy, Royal Society University Research Fellow dell’Università di Warwick, che ha guidato il lavoro di modellazione dello studio, ha trovato una soluzione al rompicapo.

“Abbiamo trovato un modo semplice per spiegarlo: modellando un anello di gas, ma dando al gas un calcio in più verso l’esterno”, ha detto. “Altri modelli sono stati utilizzati per spiegare giovani dischi con meccanismi simili, ma questo disco è più simile a un disco di detriti dove non abbiamo mai visto venti prima. Il nostro modello ha mostrato che il gas è del tutto coerente con uno scenario in cui viene lanciato fuori dal sistema a circa 22 chilometri al secondo, che è molto più alto di qualsiasi velocità orbitale stabile”.

Ulteriori analisi hanno anche mostrato che il gas può essere prodotto durante le collisioni tra asteroidi, o durante i periodi di sublimazione – il passaggio da una fase solida a una gassosa – sulla superficie delle comete della stella, che dovrebbero essere ricche di ghiaccio di monossido di carbonio.

Ci sono state prove recenti di questo stesso processo nel nostro sistema solare dalla missione New Horizons della NASA, quando ha osservato l’oggetto della cintura di Kuiper Belt Ultima Thule nel 2019 e ha trovato l’evoluzione della sublimazione sulla superficie della cometa, avvenuta circa 4,5 miliardi e mezzo di anni fa. Lo stesso evento che ha vaporizzato le comete nel nostro sistema solare miliardi di anni fa potrebbe quindi essere stato catturato per la prima volta a oltre 400 anni luce di distanza, in un processo che può essere comune intorno alle stelle che formano i pianeti e che ha implicazioni su come si evolvono tutte le comete, gli asteroidi e i pianeti.

“Questa affascinante stella sta facendo luce su quali processi fisici stanno plasmando i sistemi planetari poco dopo la loro nascita, subito dopo che sono emersi dall’essere stati avvolti dal loro disco protoplanetario”, ha detto il coautore professor Mark Wyatt, anch’egli dell’Istituto di Astronomia. “Anche se abbiamo visto il gas prodotto dai planetesimi nei sistemi più vecchi, la velocità di taglio con cui il gas viene prodotto in questo sistema e la sua natura defluente sono piuttosto notevoli, e indicano una fase di evoluzione del sistema planetario a cui stiamo assistendo qui per la prima volta”.

Anche se il puzzle non è completamente risolto, e saranno necessarie ulteriori modellazioni dettagliate per capire come il gas viene espulso così rapidamente, ciò che è certo è che questo sistema è destinato ad essere l’obiettivo di misure di follow-up più intense.

“Speriamo che ALMA torni online l’anno prossimo, e faremo in modo di osservare di nuovo questo sistema in modo più dettagliato”, ha detto Lovell. “Dato quanto abbiamo imparato su questa prima fase dell’evoluzione del sistema planetario con solo una breve osservazione di 30 minuti, c’è ancora molto di più che questo sistema può dirci”.

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