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Scolpire sistemi planetari

Lo strumento SPHERE dell'ESO rivela come i dischi protoplanetari vengono modellati dai pianeti appena nati

09 Novembre 2016

Nuove, nitidissime osservazioni hanno mostrato strutture appariscenti nei dischi di formazione planetaria intorno a giovani stelle. Lo strumento SPHERE, montato sul VLT (Very Large Telescope) dell'ESO, ha reso possibile l'osservazione della complessa dinamica dei giovani sistemi planetari - tra cui uno che letteralmente si modifica sotto i nostri occhi. I risultati recentemente pubblicati da tre diverse equipe di astronomi mettono in luce le considerevoli capacità di SPHERE nel catturare le forme che i pianeti scolpiscono nei dischi da cui si formano, mostrando la complessità dell'ambiente da cui nascono nuovi mondi.

Tre equipe di astronomi hanno usato SPHERE, uno strumento di punta per la ricerca degli esopianeti montato sul VLT (Very Large Telescope) dell'ESO all'Osservatorio del Paranal, per far luce sull'evoluzione enigmatica dei sistemi planetari neonati. L'esplosione negli ultimi anni del numero di esopianeti noti ha reso il loro studio uno dei campi più attivi dell'astronomia moderna.

Oggi si sa che i pianeti si formano da estesi dischi di gas e polvere che circondano le stelle appena nate, noti come dischi protoplanetari, che si estendono per migliaia di milioni di chilometri. Con il passar del tempo, le particelle che formano i dischi protoplanetari entrano in collisione, si combinano e infine crescono a dimensioni planetarie. I dettagli più minuti dell'evoluzione di questi dischi sono però ancora sconosciuti.

SPHERE è un'aggiunta recente al parco strumentale del VLT e, con la sua combinazione di tecnologie innovative, è molto efficace nell'ottenere immagini dirette dei minuti dettagli dei dischi protoplanetari [1]. L'interazione tra i dischi protoplanetari e i pianeti in crescita possono plasmare i dischi in forme diverse: ampi anelli, bracci a spirale o vuoti in ombra. Sono particolarmente interessanti poichè non è ancora stato individuato un legame inequivocabile tra le strutture e i pianeti che le formano. È un mistero che gli astronomi anelano a risolvere. Per fortuna, l'osservazione diretta di queste strutture sorprendenti nei dischi protoplanetari è alla portata di SPHERE, con le sue capacità peculiari.

Prendiamo per esempio RXJ1615, una giovane stella, nella costellazione dello Scorpione, a circa 600 anni luce da Terra. Un'equipe, guidata da Jos de Boer, del Leiden Observatory nei Paesi Bassi, ha trovato un sistema complesso di anelli concentrici che circondano la giovane stella, formando una versione titanica degli anelli che circondano Saturno. Immagini di una scultura intricata di anelli simile a questa sono state ottenute finora solo per una manciata di stelle e, cosa ancora più interessante, l'intero sistema sembra non avere più di 1,8 milioni di anni. Il disco mostra segni dell'effetto prodotto da pianeti ancora nel processo di formazione.

L'età del disco protoplanetario appena rivelato fa di RXJ1615 un sistema eccezionale, poichè la maggior parte degli altri dischi finora trovati sono relavitamente vecchi o evoluti. Il risultato inatteso di De Boer è stato subito ripreso dalle scoperte di un'altra equipe guidata da Christian Ginski, sempre al Leiden Observatory, che ha osservato la giovane stella HD97048, nella costellazione del Camaleonte, a circa 500 anni luce dalla Terra. Per mezzo di un'analisi minuziosa sono stati in grado di individuare gli anelli concentrici anche nel disco ancora immaturo intorno a questa stella. La simmetria in questi due sistemi è sorprendente, poichè la maggior parte dei sistemi protoplanetari contiene bracci a spirale asimmetrici, vuoti e vortici. Queste scoperte fanno crescere il numero di sistemi conosciuti in cui sono presenti anelli multipi con elevato grado di simmetria.

Un esempio particolarmente spettacolare dei dischi asimmetrici, più comuni, è stato ottenuto da un gruppo di astronomi, guidati da Tomas Stolker dell'Anton Pannekoek Institute for Astronomy, Paesi Bassi. Il disco circonda la stella HD135344B, a circa 450 anni luce da noi. Nonostante questa stella sia stata ben studiata in passato, SPHERE ha permesso di osservare il disco protoplanetario con un dettaglio finora mai raggiunto. Si pensa che la cavità centrale molto ampia e le due strutture che assomigliano a bracci a spirale siano state create da uno o più protopianeti massicci, destinati a diventare simili a Giove.

Inoltre si vedono quattro bande scure, all'apparenza ombre proiettate dal materiale in movimento nel disco di HD135344B. È interessante osservare come una di queste bande sia cambiata notevolmente nei mesi intercorsi tra i vari periodi di osservazione: un raro esempio di evoluzione planetaria osservata in tempo reale. Ciò suggerisce che i cambiamenti nelle zone interne dei dischi non possano ancora essere direttamente osservati da SPHERE. Oltre a produrre immagini molto belle, queste ombre vacillanti forniscono un modo unico di investigare la dinamica delle regioni più interne del disco.

Così come gli anelli concentrici trovati da de Boer e Ginski, queste osservazioni dell'equipe di Stolker dimostrano che l'ambiente complesso e mutevole dei dischi che circondano le giovani stelle riservano ancora nuove sorprese. Costruendo una mole impressionante di conoscenze sui dischi protoplanetari, queste equipe stanno avvicinandosi alla comprensione dell'interazione dei pianeti con i dischi da cui si formano - e perciò della formazione stessa dei pianeti.

Note

[1] La prima luce di SPHERE risale al giugno 2014. Lo strumento usa una particolare combinazione di ottica adattiva per rimuovere le distorsioni atmosferiche, un coronografo per bloccare la maggior parte della luce dalla stella centrale e una combinazione di immagini differenziali e polarimetria per isolare la luce prodotta dalle strutture del disco.

Ulteriori Informazioni

Le ricerche svolte da de Boer, Ginski, Stolker e colleghi del consorzio SPHERE sono in stampa sulla rivista Astronomy and Astrophysics. Gli articolo si intitolano: "Direct detection of scattered light gaps in the transitional disk around HD 97048 with VLT/SPHERE", "Shadows cast on the transition disk of HD 135344B: Multi-wavelength VLT/SPHERE polarimetric differential imaging", e "Multiple rings in the transition disk and companion candidates around RX J1615.3-3255: High contrast imaging with VLT/SPHERE". Tutti e tre gli articoli nascono all'interno del programma SPHERE GTO, guidato da Carsten Dominik, University of Amsterdam.

L'ESO (European Southern Observatory, o Osservatorio Australe Europeo) è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e l'osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 16 paesi: Austria, Belgio, Brasile, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Italia, Paesi Bassi, Polonia, Portogallo, Regno Unito, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera, oltre al paese che ospita l'ESO, il Cile. L'ESO svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. L'ESO ha anche un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. L'ESO gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l'ESO gestisce il Very Large Telescope, osservatorio astronomico d'avanguardia nella banda visibile e due telescopi per survey. VISTA, il più grande telescopio per survey al mondo, lavora nella banda infrarossa mentre il VST (VLT Survey Telescope) è il più grande telescopio progettato appositamente per produrre survey del cielo in luce visibile. L'ESO è il partner principale di ALMA, il più grande progetto astronomico esistente. E sul Cerro Armazones, vicino al Paranal, l'ESO sta costruendo l'European Extremely Large Telescope o E-ELT (significa Telescopio Europeo Estremamente Grande), un telescopio da 39 metri che diventerà "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo".

La traduzione dall'inglese dei comunicati stampa dell'ESO è un servizio dalla Rete di Divulgazione Scientifica dell'ESO (ESON: ESO Science Outreach Network) composta da ricercatori e divulgatori scientifici da tutti gli Stati Membri dell'ESO e altri paesi. Il nodo italiano della rete ESON è gestito da Anna Wolter.

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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso1640.

Sul Comunicato Stampa

Comunicato Stampa N":eso1640it-ch
Nome:HD135344B, HD97048, RX J1615.3-3255
Tipo:Milky Way : Star : Circumstellar Material : Disk : Protoplanetary
Facility:Very Large Telescope
Instruments:SPHERE
Science data:2016A&A...595A.114D
2016A&A...595A.113S
2016A&A...595A.112G

Immagini

Dischi protoplanetari osservati da SPHERE
Dischi protoplanetari osservati da SPHERE
Disco intorno alla giovane stella RXJ1615
Disco intorno alla giovane stella RXJ1615
Disco intorno alla stella HD97048
Disco intorno alla stella HD97048
Disco intorno alla stella HD135344B
Disco intorno alla stella HD135344B

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