Comunicato Stampa

Neve in un giovane sistema planetario

Un gelido punto di riferimento per la formazione di pianeti e comete

18 Luglio 2013

La "linea delle nevi" è stata immortalata per la prima volta in un sistema planetario neonato. La cosiddetta "linea della neve", quella che segna il limite delle nevi perenni, che si trova nel disco intorno alla stella simile al Sole TW Hydrae, ci promette nuove informazioni sulla formazione di pianeti e comete, sui fattori che decidono la loro composizione e sulla storia del Sistema Solare. I risultati vengono pubblicati oggi sulla rivista Science Express.

Alcuni astronomi, utilizzando ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) hanno scattato la prima fotografia in assoluto del limite delle nevi in un sistema planetrio neonato. Sulla Terra, il limite delle nevi si forma ad alta quota, dove le basse temperature convertono l'umidità dell'aria in neve. La linea è chiaramente visibile sulle montagne, dove termina la cima coperta di neve e inizia la parete rocciosa.

Il limite della neve si forma in modo simile intorno a una giovane stella, nelle lande remote del disco da cui si formano i sistemi planetari. Partendo dalla stella e spostandosi verso l'esterno, l'acqua (H₂O) è la prima a congelare, formando la prima linea della neve. Più in là, la temperatura cala ancora e si congelano e diventano neve molecole più esotiche, come l'anidride carbonica (CO₂), il metano (CH₄) e il monossido di carbonio (CO). Queste diverse "nevi" coprono i grani di polvere con un rivestimento appiccicoso che svolge un ruolo fondamentale nell'aiutare i grani a superare la loro naturale tendenza a rompersi nelle collisioni: diventano così i mattoni fondamentali di pianeti e comete. La neve aumenta anche la quantità di materia solida disponibile e potrebbe velocizzare drasticamente il processo di formazione dei pianeti.

Ciascuno di questi limiti di neve - per acqua, anidride carbonica, metano e monossido di carbonio - potrebbe essere legato alla formazione di un particolare tipo di pianeta [1]. Intorno a stelle simili al Sole, in un sistema planetario come il nostro, la linea della neve di acqua corrisponderebbe alla distanza tra le orbite di Marte e di Giove, mentre il limite della neve di monossido di carbonio corrisponderebbe all'orbita di Nettuno.

Il limite della neve individuato da ALMA è il primo sguardo sulla linea della neve di monossido di carbonio intorno a TW Hydrae, una giovane stella a 175 anni luce dalla Terra. Gli astronomi pensano che questo sistema planetario nella sua infanzia condivida molte delle caratteristiche del Sistema Solare quando aveva solo pochi milioni di anni.

"ALMA ci ha dato la prima vera immagine del limite della neve intorno a una giovane stella, cosa entusiasmante per quello che ci racconta dei primi periodi della storia del Sistema Solare", ha detto Chunhua "Charlie" Qi (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, USA), uno dei due autori principali dell'articolo. "Possiamo vedere dettagli prima nascosti delle gelide lande esterne di un altro sistema planetario simile al nostro".

Ma la presenza del limite della neve di monossido di carbonio potrebbe avere conseguenze ben maggiori che la formazione dei pianeti. Il giaccio di monossido dei carbonio serve per formare il metanolo, uno dei mattoni delle molecole organiche più complesse essenziali per la vita. Se le comete trasportano queste molecole su pianeti in formazione simili alla Terra, questi risultano di conseguenza dotati degli ingredienti necessari alla vita.

Prima d'ora il limite della neve non era mai stato fotografato direttamente perchè si forma nella zona centrale relativamente ristretta del piano di un disco protoplanetario e perciò la sua precisa posizione ed estensione non poteva essere determinata. Al di sopra e al di sotto della regione in cui si forma la neve, la radiazione della stella impedisce la formazione del ghiaccio. La concentrazione di gas e polvere nel piano centrale isola l'area dalla radiazione così che il monossido di carbonio e altri gas possono raffreddarsi e congelare.

Questa equipe di astronomi è riuscita a sbirciare nel disco, dove la neve si era formata, sfruttando un abile trucco: invece di cercare la neve - che non può  essere osservata direttamente - hanno cercato una molecola nota come diazenilio (N₂H⁺), che emette radiazione nella banda millimetrica dello spettro ed è perciò  un bersaglio perfetto per ALMA. La fragile molecola viene distrutta facilmente in presenza di monossido di carbonio gassoso e perciò appare in quantità misurabili solo nelle zone in cui il monossido di carbonio è ghiacciato e non può più aggredirla. In sostanza, la chiave per trovare il limite della neve di monossido di carbonio sta nel trovare il diazenilio.

La sensibilità e la risoluzione uniche di ALMA hanno permesso agli astronomi di tracciare la presenza e la distribuzione del diazenilio e di trovare un confine ben delineato a circa 30 unità astronomiche dalla stella (30 volta la distanza tra la Terra e il Sole). Questo dà, in effetti, un'immagine in negativo della neve di monossido di carbonio nel disco che circonda TW Hydrae, immagine che può essere usata per vedere il limite della neve di monossido di carbonio esattamente dove la prevede la teoria - all'interno dell'anello di diazenilio.

"Per queste osservazioni abbiamo usato solo 26 antenne delle 66 finali di ALMA. Indicazioni della presenza del limite della neve si vedevano già con ALMA intorno ad altre stelle e siamo convinti che future ossservazioni con la schiera completa di antenne troveranno molti altri casi e provvederanno emozionanti approfondimenti sulla formazione ed evoluzione dei pianeti. Aspettate e vedrete," conclude Michiel Hogerheijde del Leiden Observatory, Paesi Bassi.

Note

[1] Per esempio i pianeti rocciosi si formano all'interno del limite della neve d'acqua, più vicini alla stella, dove solo la polvere sopravvive. All'altro estremo si trovano i pianeti giganti, ghiacciati, che si formano al di là del limite della neve di monossido di carbonio.

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 viene presentato nel numero del 18 luglio 2013 della rivista Science Express.

L'equipe è composta da C. Qi (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), K. I. Öberg (Departments of Chemistry and Astronomy, University of Virginia, USA), D. J. Wilner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), P. d’Alessio (Centro de Radioastronomía y Astrofisica, Universidad Nacional Autónoma de México, Messico), E. Bergin (Department of Astronomy, University of Michigan, USA, S. M. Andrews (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), G. A. Blake (Division of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology, USA), M. R. Hogerheijde (Leiden Observatory, Leiden University, Paesi Bassi) e E. F. van Dishoeck (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Germania).

Qi e Öberg erano insieme gli autori principali dell'articolo.

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.

Links

• Ulteriori informazioni su ALMA
• Fotografie di ALMA
• Comunicato stampa del NRAO

Contatti

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Cambridge, Mass., USA
Tel.: +1 617 495 7087
E-mail: cqi@cfa.harvard.edu

Michiel Hogerheijde
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Tel.: +31 6 4308 3291
E-mail: michiel@strw.leidenuniv.nl

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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso1333.