Dicembre 9, 2023

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I telescopi James Webb e Spitzer rivelano i cambiamenti in corso in un giovane sistema solare vicino

I telescopi James Webb e Spitzer rivelano i cambiamenti in corso in un giovane sistema solare vicino

Osservando il disco di polvere attorno alla giovane stella SZ Chamaeleontis (SZ Cha) utilizzando i telescopi spaziali Spitzer e James Webb, un team di astronomi ha osservato cambiamenti sorprendenti nello spazio per soli quindici anni, man mano che i pianeti si formano in questo giovane sistema planetario. Ciò è dovuto alla dinamica del disco protoplanetario emergente, che è ancora molto irregolare. Gli autori ritengono che lo studio di questa giovane stella e del suo disco di polvere potrebbe darci una migliore comprensione della formazione e dell’evoluzione del nostro sistema solare.

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Secondo i modelli più diffusi tra gli scienziati, una stella nasce generalmente da una gigantesca nube di gas interstellare, composta principalmente da idrogeno ed elio, i due elementi più abbondanti nell’universo. Piccole differenze di densità all’interno della nube portano a quello che viene chiamato collasso gravitazionale: la nube inizia a collassare su se stessa, attirando i gas verso il centro per formare la giovane stella. Se la maggior parte dei gas della nube si trova raggruppata al centro, nella stella (il nostro Sole da solo rappresenta il 99% della massa del sistema solare), il resto comincia a ruotare, formando quello che gli astronomi chiamano disco protoplanetario. Nel giro di pochi milioni di anni, i gas e le polveri che compongono il disco protoplanetario iniziano ad aggregarsi attraverso collisioni successive. La polvere si espande in ammassi sempre più grandi, fino a formare planetesimi, pianeti embrionali che si sviluppano in un disco protoplanetario.

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Secondo gli scienziati, questo sembra essere lo scenario verificatosi circa 4,6 miliardi di anni fa, quando il nostro Sole nacque da una nube interstellare. Il disco protoplanetario risultante in pochi milioni di anni formò i pianeti che conosciamo oggi nel nostro sistema solare, e tutti gli ingredienti che poi formarono la Terra (e consentirono alla vita di emergere) erano già presenti all’interno di questo disco; Ma la nostra comprensione della formazione e dell’evoluzione del nostro sistema solare rimane molto imprecisa. Per cercare di comprendere meglio le loro origini, gli astronomi cercano di osservare i sistemi stellari emergenti nell’universo, al fine di tracciare possibili parallelismi con i nostri stessi sistemi.

Questa animazione mostra l’evoluzione di un disco protoplanetario attorno a una stella. I buchi compaiono quando si formano i pianeti, raccogliendo gas e polvere. © Esplora Astro

La nascita di un sistema stellare a poche centinaia di anni luce da noi

Se il telescopio spaziale James Webb è oggi la stella degli osservatori spaziali che guardano ai limiti dell’universo, altri telescopi lo hanno preceduto, e le scoperte che ha fatto non mettono in ombra quelle fatte grazie al fratello maggiore. Questo è particolarmente vero per il telescopio spaziale Spitzer (Impianto di telescopi spaziali a infrarossi) della NASA, lanciato nel 2003, che ha effettuato, tra l’altro, la prima osservazione dal vivo del processo di formazione dei pianeti in un disco protoplanetario attorno a stelle simili al Sole. Tra questi giovani sistemi stellari osservati, gli astronomi hanno osservato la giovane stella SZ Chamaeleontis (SZ Cha), situata a circa 500 anni luce da noi nella costellazione del Camaleonte e circondata da un disco di polvere – un disco protoplanetario.

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Se la formazione di sistemi planetari non è rara nell’universo, la scoperta di un sistema planetario in via di formazione rappresenta tuttora una conquista importante, e osservare i fenomeni che vi si verificano è prezioso per gli astronomi. Analizzando i dati raccolti dal telescopio spaziale Spitzer nel 2008 quando osservò SZ Chamaeleontis, gli scienziati hanno scoperto la sorprendente presenza di neon III, uno degli isotopi naturali del neon. Hanno presentato le loro analisi nel 2013 sulla rivista Giornale astrofisico. Gli scienziati furono sorpresi dalla loro scoperta perché dei 60 dischi protoplanetari identificati all’epoca, solo SZ Chamaeleontis forniva una concentrazione così elevata di neon III, mentre gli altri sistemi ne contenevano pochissimo. Il team di scienziati ha concluso che la presenza di NEON III nel sistema SZ Chamaeleontis era un segno che il disco protoplanetario era bombardato principalmente da radiazioni ultraviolette, a differenza di altri sistemi che sono colpiti principalmente da raggi X.

Un’indicazione della durata prevista del disco protoplanetario

Il tipo di radiazione a cui è esposto un disco planetario è di fondamentale importanza per la sua evoluzione: secondo simulazioni numeriche, un disco dominato dai raggi X si erode molto più rapidamente rispetto a quando è dominato dalla radiazione ultravioletta. I pianeti sono in una sorta di corsa contro il tempo per riuscire a formarsi prima che il disco scompaia. Tuttavia, nel sistema SZ Chamaeleontis, i modelli numerici hanno indicato che la dominanza della radiazione ultravioletta ha consentito almeno un altro milione di anni affinché il pianeta si formasse prima che il disco di gas e polvere evaporasse per sempre.

Se SZ Chamaeleontis fosse effettivamente emersa mentre veniva osservata dal telescopio Spitzer, le sorprese degli scienziati non erano finite: osservando nuovamente la giovane stella, questa volta utilizzando il telescopio spaziale James Webb, gli astronomi sono rimasti sorpresi nel notare che la firma di Il NON III nel sistema era… Quasi scomparso, appena quindici anni dopo le osservazioni del telescopio Spitzer. Presentano le loro nuove scoperte nella rivista Giornale astrofisico. Poiché i due telescopi sono molto efficienti, gli scienziati hanno escluso la possibilità di un errore di misurazione.

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Precedentemente dominato dalla radiazione ultravioletta, il disco protoplanetario è ora dominato dai raggi X, limitando il tempo a disposizione per la formazione dei pianeti. I ricercatori ritengono che le variazioni della firma del neon nel sistema SZ Cha siano il risultato di venti variabili che, quando presenti, assorbono la luce ultravioletta e lasciano dietro di sé raggi X. I venti sono già comuni in un sistema contenente una stella attiva e di nuova formazione; Ma è ancora possibile osservare il sistema durante un periodo tranquillo e senza vento, come fece Spitzer quindici anni fa. I ricercatori stanno già pianificando di condurre ulteriori osservazioni del sistema così come di altri giovani sistemi planetari per comprenderne meglio i processi di formazione. Secondo loro, brevi periodi di quiescenza in un disco protoplanetario dominato dai raggi ultravioletti potrebbero essere comuni, ma raramente osservati.