Comunicato Stampa

ALMA scopre una fabbrica di comete

Nuove osservazioni di una trappola per la polvere vicino a una stella giovane risolvono dopo molto tempo uno dei misteri sulla formazione dei pianeti

06 Giugno 2013

Alcuni astronomi, usando ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), hanno ripreso, vicino a una giovane stella, la regione in cui le particelle di polvere possono aggregarsi e quindi crescere. È la prima volta che viene osservata chiaramente e modellata una simile "trappola per la polvere". Si risolve un mistero di lunga data su come le particelle di polvere nei dischi stellari crescano fino a raggiungere dimensioni così grandi da formare, alla fine, comete, pianeti e altri corpi rocciosi. I risultati del lavoro vengono pubblicati dalla rivista Science il 7 giugno 2013.

Gli astronomi ora sanno che i pianeti si trovano in abbondanza intorno ad altre stelle. Ma non comprendono ancora fino in fondo come essi si formino e anche molti altri aspetti della formazione di comete, pianeti e altri corpi rocciosi sono ancora oscuri. Ora le nuove osservazioni, che sfruttano la potenza di ALMA, stanno rispondendo a una delle più importanti tra queste domande: come fanno i minuscoli grani di polvere nel disco intorno a una stella giovane a diventare sempre più grandi - fino a diventare sassolini e oltre, fino a massi ben più grandi di un metro?

Modelli numerici suggeriscono che i grani di polvere crescano quando entrano in collisione e rimangono attaccati tra loro. Ma quando questi grani più grandi si scontrano di nuovo ad alta velocità, spesso vengono distrutti e si ritorna al punto di partenza. Anche quando ciò non accade, i modelli mostrano che i grani più grandi si muovono velocemente verso l'interno a causa dell'attrito tra la polvere e il gas e cadono sulla stella madre, eliminando ogni possibilità di crescere ulteriormente.

In qualche modo la polvere ha bisogno di un rifugio sicuro dove le particelle possono continuare a crescere finchè sono abbastanza grandi per sopravvivere da sole [1]. Tali "trappole per la polvere" erano state proposte ma finora non c'era nessuna prova osservativa della loro esistenza.

Nienke van der Marel, una studentessa di PhD al Leiden Observatory nei Paesi Bassi e prima autrice dell'articolo, stava usando ALMA insieme con i suoi collaboratori per studiare il disco di un sistema noto come Oph-IRS 48 [2]. Essi trovarono che la stella era circondata da un anello di gas con un foro centrale probabilmente creato da un pianeta non visibile o da una stella compagna. Osservazioni precedenti con il VLT (Very Large Telescope) dell'ESO avevano già mostrato che le piccole particelle di polvere formavano anch'esse un'analoga struttura ad anello. Ma la nuova visuale data da ALMA della zona in cui si trovano le particelle di polvere più grandi, di dimensioni dell'ordine del millimetro, era molto diversa!

"All'inizio la morfologia della polvere come appariva nell'immagine è stata una vera sorpresa", dice van der Marel. "Invece dell'anello che ci aspettavamo di vedere, trovammo una struttura con la chiara forma di un anacardio! Abbiamo dovuto convincerci che la forma fosse reale, ma il segnale forte e la nitidezza delle osservazioni di ALMA non lasciavano dubbi sulla struttura. Ci siamo quindi resi conto di quello che avevamo trovato."

Quello che avevano scoperto era una regione dove i grani di polvere più grandi sono rimasti intrappolati e possono crescere fino a diventare più grandi per mezzo di collisioni che li fanno rimanere incollati tra loro. Questa era la "trappola per la polvere" - esattamente quello che i teorici stavano cercando.

Come spiega van der Marel: "È probabile che stiamo guardando una sorta di fabbrica di comete, poichè le condizioni sono adatte per far crescere le particelle da un millimetro alla dimensione di una cometa. La polvere non produrrà probabilmente oggetti di dimensione planetaria a questa distanza dalla stella. Ma nel prossimo futuro ALMA sarà in grado di osservare questa sorta di cattura-polvere più vicino alla loro stella madre, dove sono in funzione gli stessi meccanismi. Queste "trappole" sarebbero veramente le culle dei nuovi pianeti neonati".

Le trappole per la polvere si formano quando le particelle di polvere più grandi si muovono in direzione delle regioni di pressione più alta. Modelli al computer hanno mostrato che queste regioni di alta pressione possono originarsi dal moto dei gas al bordo di un foro - proprio come quello trovato nel disco.

"La combinazione di un lavoro teorico sui modelli con le osservazioni di alta qualità che ALMA ci fornisce rende questo un progetto unico nel suo genere", aggiunge Cornelis Dullemond dell'Institute for Theoretical Astrophysics di Heidelberg, Germania, un esperto di evoluzione della polvere e modelli di disco, oltre che un membro della squadra. "Al tempo in cui queste osservazioni sono state ottenute, stavamo lavorando su modelli che prevedevano esattamente queste strutture: una coincidenza molto fortunata".

Le osservazioni sono state effettuate durante la fase di costruzione di ALMA. Sono stati usati i ricevitori della Banda 9 di ALMA [3] - dispositivi costruiti in Europa che permettono ad ALMA di creare le immagini finora più nitide.

"Queste osservazioni mostrano che ALMA è in grado di produrre scienza innovativa, anche usando meno di metà dell'intera schiera di antenne", sostiene Ewine van Dishoeck del Leiden Observatory, una dei maggiori contributori al funzionamento di ALMA per più di 20 anni. "Il salto incredibile sia in sensibilità che in nitidezza dell'immagine nella Banda 9 ci da' l'opportunità di studiare aspetti fondamentali della formazione dei pianeti in modi semplicemente non possibili fino ad oggi."

Note

[1] La causa dell'intrappolamento della polvere, in questo caso un vortice nel gas del disco, ha una durata tipica di centinaia di migliaia di anni. Anche quando la trappola non funziona più, la polvere ivi accumulata impiegherebbe milioni di anni per disperdersi, dando perciò tempo ai grani di polvere di diventare più grandi.

[2] Il nome è una combinazione del nome della costellazione della zona di formazione stellare in cui si trova il sistema e del tipo di sorgente, per cui Oph indica la costellazione di Ofiuco, mente IRS indica che si tratta di una sorgente infrarossa. La distanza tra Terra e Oph-IRS 48 è di circa 400 anni luce.

[3] ALMA può osservare in diverse lunghezze d'onda. La Banda 9, a lunghezze d'onda dell'ordine di 0,4 - 0,5 millimetri, è quella che fornisce le immagini più nitide.

Ulteriori Informazioni

ALMA, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, un osservatorio astronomico internazionale, è una collaborazione fra l'Europa, il Nord America e l'Asia Orientale, in cooperazione con la Repubblica del Cile. In Europa, ALMA è finanziata dall'ESO, in Nord America dalla U.S. National Science Foundation (NSF), in cooperazione con il National Research Council del Canada (NRC) e il National Science Council di Taiwan (NSC) e in Asia Orientale dagli Istituti Nazionali di Scienze Naturali del Giappone (NINS), in cooperazione con l'Accademia Sinica di Taiwan (AS). La costruzione e la gestione di ALMA sono condotte dall'ESO per conto dell'Europa, dall'Osservatorio Nazionale di Radio Astronomia (NRAO) gestito dalle Associated Universities, Inc. (AUI) per conto del Nord America e dall'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ) per conto dell'Aisa Orientale. L'osservatorio congiunto di ALMA (JAO: Joint ALMA Observatory) fornisce la guida unitaria e la gestione della costruzione, del commissioning e delle operazioni di ALMA.

Questo lavoro è stato descritto nell'articolo “A major asymmetric dust trap in a transition disk“, di van der Marel et al., che verrà pubblicato dalla rivista Science il 7 giugno 2013.

L'equipe è composta da Nienke van der Marel (Leiden Observatory, Leiden, Paesi Bassi), Ewine F. van Dishoeck (Leiden Observatory; Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik Garching, Germania [MPE]), Simon Bruderer (MPE), Til Birnstiel (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, USA [CfA]), Paola Pinilla (Heidelberg University, Heidelberg, Germania), Cornelis P. Dullemond (Heidelberg University), Tim A. van Kempen (Leiden Observatory; Joint ALMA Offices, Santiago, Cile), Markus Schmalzl (Leiden Observatory), Joanna M. Brown (CfA), Gregory J. Herczeg (Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University, Beijing, Cina), Geoffrey S. Mathews (Leiden Observatory) and Vincent Geers (Dublin Institute for Advanced Studies, Dublin, Irlanda).

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 15 paesi: Austria, Belgio, Brasile, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Gran Bretagna, Italia, Olanda, Portogallo, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera. 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 europeo di un telescopio astronomico di concetto rivoluzionario, ALMA, il più grande progetto astronomico esistente. L'ESO al momento sta progettando l'European Extremely Large Telescope o E-ELT (significa Telescopio Europeo Estremamente Grande), un telescopio da 39 metri che opera nell'ottico e infrarosso vicino e 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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