Comunicato Stampa

Un glaciale disco volante

ALMA trova grani di polvere inaspettatamente freddi in un disco di formazione planetaria

03 Febbraio 2016

Alcuni astronomi hanno usato i telescopi ALMA e IRAM per effettuare le prime misure dirette della temperatura dei grani di polvere più grandi nelle zone esterne di un disco di formazione planetaria intorno a una giovane stella. Sfruttando una tecnica innovativa per le osservazioni di un oggetto soprannominato "Disco Volante" hanno trovato che i grani sono molto più di freddi del previsto: -266 gradi C. Questo risultato sorprendente suggerisce che i modelli di questi dischi vanno rivisti.

L'equipe internazionale, guidata da Stephane Guilloteau del Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux, Francia, ha misurato la temperatura dei grani di polvere grandi intorno alla stella giovane 2MASS J16281370-2431391 nella spettacolare regione di formazione stellare di Rho Ophiuchi, a circa 400 anni luce dalla Terra.

La stella è circondata da un disco di gas e plovere - questi dischi sono chiamati dischi protoplanetari poichè sono i primi stadi di creazione dei sistemi planetari. Questo disco particolare viene visto quasi di taglio e il suo aspetto nelle fotografie in luce visibile ha portato al suo soprannome di "Disco Volante".

Gli astronomi hanno usato il telscopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) per osservare il bagliore delle molecole di monossido di carbonio nel disco di 2MASS J16281370-2431391; sono stati in grado di produrre immagini molto nitide e hanno trovato qualcosa di strano - in alcuni casi hanno visto un segnale negativo! Di solito un segnale negativo è impossibile dal punto di vista fisico, ma in questo caso c'è una spiegazione, che porta a conclusioni sorprendenti.

Il primo autore Stephane Guilloteau continua il racconto: "Questo disco non viene osservato su un fondo buio e vuoto come un cielo notturno. Viene visto invece in controluce sopra la nebulosa di Rho Ophiuchi. Questa luce diffusa è troppo estesa per essere rilevata da ALMA, ma il disco la assorbe. Il segnale negativo che ne risulta significa che alcune parti del disco sono più fredde del fondo. La Terra è letteralmente nell'ombra del Disco Volante!"

L'equipe ha combinato le misure del disco effettuate da ALMA con le osservazioni del bagliore del fondo ottenute dal telescopio da 30 metri IRAM in Spagna [1]. Hanno derivato una temperatura dei grani di polvere del disco di soli -266 gradi C (solo 7 gradi sopra lo zero assoluto, o 7 Kelvin) a una distanza di circa 15 miliardi di chilometri dalla stella centrale [2]. È la prima misura diretta della temperatura di grandi grani (di dimensioni intorno al millimetro) in questo tipo di oggetti.

Questa temperatura è molto più bassa dell'intervallo tra -258 e -253 C (15 - 20 Kelvin) predetto dalla maggior parte dei modelli. Per risolvere la discrepanza, i grani di polvere grandi devono avere proprietà diverse da quelle attualmente ipotizzate, per permettere loro di raffreddarsi a queste temperature.

"Per calcolare l'impatto di questa scoperta sulla struttura del disco, dobbiamo trovare quali proprietà, plausibili, della polvere conducano a temperature così basse. Abbiamo qualche idea - per esempio la temperatura potrebbe dipendere dalla dimensione dei grani, con quelli più grandi che sono anche più freddi di quelli piccoli. Ma è troppo presto per esserne sicuri", aggiunge il coautore Emmanuel di Folco (Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux).

Se si scopre che queste temperature delle polvere così basse sono una caratteristica normale dei dischi protoplanetari si può pensare che ciò abbia delle conseguenze importanti sulla nostra comprensione di come essi si formino ed evolvano.

Per esempio, diverse proprietà della polvere potrebbero influire su ciò che accade quando queste particelle si scontrano e perciò il loro ruolo nel fornire il seme per la formazione dei pianeti. Non si può ancora stabilire, però, se il cambiamento richiesto nelle proprietà della polvere sia significativo o meno in questo senso.

Temperature basse per la povere possono avere un impatto significativo per i dischi di polvere più piccoli che sappiamo esistere. Se questi dischi sono composti soprattutto da grani grandi ma più freddi di quanto si ipotizzi attualmente, questi dischi compatti potrebbero essere arbitrariamente massicci, e potrebbero formare pianeti giganti relativamente vicini alla stella centrale.

Servono ulteriori osservazioni, ma già sembra che la polvere fredda trovata da ALMA possa avere conseguenze significative sulla comprensione dei dischi protoplanetari.

Note

[1] Le misure con IRAM erano necessarie poichè ALMA non è sensibile al segnale esteso del fondo.

[2] Ciò corrisponde a circa cento volte la distanza tra la Terra e il Sole. Questa regione è occupata ora dalla Fascia di Kuiper, nel Sistema Solare.

Ulteriori Informazioni

Questo studio è stato presentato nell'articolo “The shadow of the Flying Saucer: A very low temperature for large dust grains”, di S. Guilloteau et al., pubblicato dalla rivista Astronomy & Astrophysics Letters.

L'equipe è composta da S. Guilloteau (University of Bordeaux/CNRS, Floirac, Francia), V. Piétu (IRAM, Saint Martin d’Hères, Francia), E. Chapillon (University of Bordeaux/CNRS; IRAM), E. Di Folco (University of Bordeaux/CNRS), A. Dutrey (University of Bordeaux/CNRS), T.Henning (Max Planck Institute für Astronomie, Heidelberg, Germania [MPIA]), D. Semenov (MPIA), T. Birnstiel (MPIA) e N. Grosso (Observatoire Astronomique de Strasbourg, Strasbourg, Francia).

ALMA, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, un osservatorio astronomico internazionale, è una collaborazione fra l'Europa, la U.S. National Science Foundation (NSF) e gli Istituti Nazionali di Scienze Naturali del Giappone (NINS),  in cooperazione con la repubblica del Cile. ALMA è stato fondato dall'ESO per conto dei suoi stati membri, dall'NSF in cooperazione con il National Research Council del Canada (NRC) e il National Science Council di Taiwan (NSC) e dal NINS in cooperazione con l'Accademia Sinica di Taiwan (AS) e l'Istituto di Astronomia e Scienze Spaziali della Corea (KASI).

La costruzione e la gestione di ALMA sono condotte dall'ESO per conto dei suoi stati membri, 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'Asia 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.

L'Institut de Radio Astronomie Millimétrique (IRAM) ha il supporto di INSU/CNRS (Francia), MPG (Germania), e IGN (Spagna).

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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