Un fotogramma preso dalla simulazione dell’evoluzione di un disco protoplanetario. In arancio sono visibili i bracci a spirale. Crediti: Alan Boss
Quella che si pongono da alcuni anni gli astrofisici che studiano la formazione dei sistemi planetari è una domanda tanto semplice quanto cruciale: come fanno i grani di polvere che circondano le stelle giovani ad evitare di precipitare sulle stelle stesse e riuscire così ad aggregarsi in strutture sufficientemente grandi da farli diventare poi dei veri e propri pianeti? Domanda semplice, dicevamo, ma non la sua risposta. Lo scenario tipico di un sistema dove ci sono esopianeti in “costruzione” vede una giovane stella circondata da un esteso disco di gas e polveri in rotazione. I grani di polvere del disco urtano tra di loro e si aggregano per formare oggetti sempre più grandi: ciottoli, massi, fino ai planetesimi, strutture grandi anche alcune centinaia di chilometri che possono essere considerati gli stadi embrionali di pianeti rocciosi. Tali processi di aggregazione sono però contrastati da alcuni fenomeni. Uno di questi è dato dal moto spiraleggiante del gas che compone il disco protoplanetario: il suo mulinare innesca un vero e proprio vento diretto verso la stella, che può trascinare con sé i “semi” dei pianeti in formazione, specie quelli di dimensioni comprese tra uno e dieci metri di raggio. Se troppi di questi corpi vengono ingurgitati dalla stella, nel disco non rimane materiale a sufficienza per assemblare planetesimi e, quindi, pianeti. Ma una via d’uscita sembra esserci: la propone un nuovo studio condotto da Alan Boss, del Carnegie Institution for Science di Washington (Stati Uniti), basato su simulazioni al calcolatore.
Ciò che può salvare ciottoli e massi dalla loro fine sono le periodiche fasi in cui le stelle verso cui precipitano, giovani e non ancora entrate in una fase stabile del loro ciclo evolutivo, mostrano repentine impennate nella luminosità, associate ad altrettanto violente esplosioni negli strati esterni delle loro atmosfere. Fenomeni tipici negli astri di taglia solare, della durata di un centinaio d’anni e soprattutto associati a epoche di instabilità gravitazionale nel loro disco di gas e polveri. Le simulazioni di Boss dimostrano che queste perturbazioni possono spingere corpi delle dimensioni anche di qualche metro ad allontanarsi dalla loro stella. Simulazioni che si basano su recenti osservazioni di bracci a spirale in sistemi planetari in formazione, che possono trascinare per effetto gravitazionale i potenziali mattoni di futuri pianeti rocciosi verso la periferia del disco ed accelerare il loro processo di accrescimento. Quanto? Abbastanza da fargli raggiungere dimensioni oltre le quali l’effetto di trascinamento dovuto al gas diventa trascurabile.
«Questo studio mostra che corpi celesti delle dimensioni di qualche metro, dei grossi massi insomma, possono essere dispersi nel disco della protostella dalla formazione di bracci a spirale ed evitare così di precipitare verso di essa» spiega Boss. «Una volta che questi corpi hanno raggiunto le zone più periferiche del disco, possono crescere per aggregazioni successive e arrivare a diventare dei planetesimi». Lo stesso non accadrebbe però, sempre secondo i risultati delle simulazioni, ad oggetti più piccoli, delle dimensioni di qualche centimetro, che tenderebbero ad essere inesorabilmente catturate dalla stella. «Non possiamo certo dire che ogni protostella attraversa queste brevi fasi di distruzione gravitazionale, tuttavia siamo convinti che esse giochino un ruolo nella formazione nelle prime fasi di formazione di pianeti di tipo terrestre ben più importante di quanto si credesse finora» conclude Boss.
Per saperne di più:
- l’articolo Orbital survival of meter-size and larger bodies during gravitationally unstable phases of protoplanetary disk evolution di Alan Boss pubblicato sulla rivista The Astrophysical Journal