Evoluzione della formazione planetaria sotto le antenne di ALMA
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Osservazioni di giovani stelle nella nebulosa del Toro mostrano come i gap e i solchi presenti nei dischi protoplanetari possano generare maggiormente pianeti di tipo superTerra o Nettuniano


Fonte Feng Long et al, Gaps and Rings in an ALMA Survey of Disks in the Taurus Star-forming Region, The Astrophysical Journal (2018)


Gli esopianeti osservati da ALMA e le diverse tipologie di disco. Crediti ALMA
Gli esopianeti osservati da ALMA e le diverse tipologie di disco. Crediti ALMA

Super-Terre e esopianeti nettuninani potrebbero formarsi intorno alle giovani stelle in un numero molto superiore rispetto a quanto ritenuto finora e la convinzione viene dall'osservazione di giovani astri in regioni di formazione stellare nel Toro distante 450 anni luce. I dischi osservati da Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) presentano solchi che possono aiutare nella comprensione dei processi alla base della formazione planetaria.

4.6 miliardi di anni fa anche il nostro Sistema Solare era un turbinio di gas e polvere intorno a un Sole appena nato. Nelle fasi iniziali, il disco protoplanetario non possiede strutture distinguibili ma molto presto iniziano a evidenziarsi addensamenti di materia che un giorno saranno pianeti. Questi addensamenti iniziano a sottrarre materia al disco creando i gap osservati fino a dar vita ai pianeti e ai corpi minori che vediamo oggi. 

Questa evoluzione sembra ben delineata nelle immagini ottenute da ALMA. Sono trentadue le giovani stelle osservate nel Toro e, di queste, ben dodici mostrano anelli e gap, strutture in perfetto accordo con misure e calcoli che testimoniano la presenza di pianeti in formazione.  E' la prima volta che modelli di formazione di pianeti di tipo Super-Terra o Nettuniano combaciano con le osservazioni e lo fanno a prescindere dalla luminosità della stella centrale. 

Le strutture osservate possono essere scavate dai pianeti ma in realtà si ritiene che i processi possano essere anche diversi, come le variazioni di pressione nel disco indotte dalla linea della neve. Si tratta di un meccanismo in grado di creare anelli e gap anche in assenza di pianeti. Questa ricerca ha testato anche questa possibilità ma non è riuscita a creare alcuna correlazione tra proprietà stellari e pattern osservato nel disco. Esclusa questa alternativa, resta la formazione planetaria e i pianeti fino a 20 masse terrestri dovrebbero essere i più comuni. 

Dai dati di ALMA emerge un processo di formazione molto veloce per i pianeti maggiori, simili in dimensioni e composizione a Nettuno o Saturno. Questi pianeti tenderebbero a formarsi, inoltre, nelle zone più remote del sistema planetario a immense distanze dalla stella centrale. Questo spiegherebbe anche come possano formarsi corpi rocciosi come i nostri pianeti interni sfuggendo alla fase di autodistruzione. 

Il modello attualmente più utilizzato per spiegare la formazione planetaria passa per un processo gerarchico che vede il graduale accrescimento di massa da planetesimi a pianeti, processo che avverrebbe in molti milioni di anni. Questo assunto non trova conforto nelle osservazioni. Esistono strutture ben definite, fatte di anelli e gap, che sembrano decisamente la firma di pianeti in formazione. La campagna DSHARP è stata finalizzata allo studio della distribuzione su piccola scala delle particelle di polvere intorno a 20 dischi protoplanetari a noi vicini, particelle visibili alle lunghezze d'onda millimetriche tipiche di ALMA. La risoluzione delle antenne è giunta a distinguere strutture delle dimensioni di poche Unità Astronomiche (UA). Molti gap concentrici, anelli stretti e strutture simili sono comuni a tutti i dischi mentre a larga scala sono presenti - in molti casi - pattern a spirale e strutture ad arco. I gap e gli anelli sono presenti a svariate distanze dalla stella centrale, da poche UA fino a più di 100 UA

Per decenni gli astronomi si sono scontrati con una presenza di pianeti rocciosi tutta da spiegare: una volta che i corpi di polvere sono cresciuti fino a circa un centimetro di diametro, infatti, le dinamiche del disco protoplanetario inducono l'addensamento a cadere verso la stella centrale senza il tempo di acquisire la massa necessaria a formare pianeti come i nostri. Gli anelli densi che vediamo producono invece un porto sicuro per questi pianeti in formazione: la loro maggior densità e la concentrazione di particelle di polvere dovrebbe creare perturbazioni nel disco tali da creare zone in cui i planetesimi possono crescere in pace. 

"The Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP): I. Motivation, Sample, Calibration, and Overview: S. Andrews, et al.