La “caduta di cenere” stellare potrebbe aiutare i pianeti lontani a crescere


Illustrazione artistica del “Ashfall” in un disco protoplanetario. Le particelle di polvere spazzate dal flusso bipolare dal centro del disco protoplanetario si ammassano sul bordo esterno del disco.

La prima simulazione 3D al mondo che considera simultaneamente il movimento e la crescita della polvere in un disco intorno a una giovane stella ha mostrato che la polvere di grandi dimensioni dalla regione centrale può essere trascinata e poi espulsa dai flussi di gas, e alla fine ricade sulle regioni esterne del disco dove può consentire la formazione di planetesimi. Questo processo può essere paragonato alla “caduta di cenere” vulcanica, dove la cenere trasportata dal gas durante un’eruzione ricade sull’area intorno al vulcano. Questi risultati aiutano a spiegare le strutture di polvere osservate intorno alle giovani protostelle.

Le osservazioni di ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) hanno rivelato lacune nei dischi protoplanetari di gas e polvere intorno alle giovani stelle. Si pensa che gli effetti gravitazionali dei pianeti siano una delle ragioni della formazione di questi anelli. Tuttavia, alcuni anelli sono visti anche più lontano della posizione di Nettuno nel sistema solare. A queste distanze, la polvere, un componente vitale per la formazione dei pianeti, dovrebbe essere scarsa. Inoltre, ci si aspetta che la polvere si sposti verso la regione centrale del disco man mano che questo cresce. Quindi come i pianeti possano formarsi nelle regioni esterne finora è stato un mistero.

Un team di ricerca guidato da Yusuke Tsukamoto dell’Università di Kagoshima ha usato ATERUI II, il più potente supercomputer del mondo dedicato ai calcoli astronomici presso l’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone, per eseguire la prima simulazione 3D al mondo del movimento e della crescita della polvere in un disco protoplanetario. Il team ha scoperto che grandi particelle di polvere cresciute nella regione centrale possono essere portate fuori perpendicolarmente al disco da flussi di gas, chiamati outflow bipolare, che eruttano dal disco. Questa polvere poi esce dall’outflow e la gravità la tira indietro verso la parte esterna del disco. Tsukamoto commenta: “Vivendo a Kagoshima, all’ombra del vulcano attivo Mt. Sakurajima, ho pensato naturalmente alla caduta di cenere vulcanica quando ho visto i risultati della simulazione“.

I flussi di gas (pannello sinistro) e di polvere (pannello destro). Le linee arancioni e rosse indicano i percorsi del gas e della polvere (streamlines), rispettivamente, e le frecce bianche indicano la direzione del flusso. La regione gialla rappresenta il disco protoplanetario formato nella simulazione.

Illustrazione artistica della “cascata di cenere” in un disco protoplanetario. (1) La polvere cresce nel disco e migra verso il centro del disco protoplanetario vicino alla protostella. (2) Quando la polvere raggiunge le vicinanze della protostella, le particelle di polvere sono sollevate verticalmente dal flusso di gas in uscita. (3) Le particelle di polvere sono separate dal flusso in uscita dalla forza centrifuga. (4) La polvere che lascia l’outflow cade sul bordo esterno del disco protoplanetario.

La simulazione mostra che questa “cascata di ceneri stellari” può arricchire di polvere la regione esterna del disco protoplanetario e facilitare la formazione di planetesimi, che può alla fine causare la formazione di pianeti.

Lo studio, intitolato “‘Ashfall’ induced by molecular outflow in protostar evolution“, è stato pubblicato sull’Astrophysical Journal Letters il 15 ottobre 2021.

Fonte