Una rappresentazione artistica del disco protoplanetario conosciuto più vicino a noi, intorno alla stella TW Hydrae. Crediti: ESO/M. Kornmesser
La molecola organica dell’alcol metilico (anche noto come metanolo, CH3OH) è stata trovata dal telescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) dell’ESO nel disco protoplanetario della stella TW Hydrae. È la prima volta che questo composto viene trovato nel disco protoplanetario di un sistema giovane. Il metanolo è l’unica molecola organica complessa finora rivelata nei dischi che proviene inequivocabilmente da una forma ghiacciata. La sua rilevazione aiuta gli astronomi a comprendere i processi chimici che avvengono durante la formazione dei sistemi planetari e che alla fine portano alla creazione degli ingredienti per la vita.
Il disco protoplanetario intorno a questa stella è il più vicino esempio alla Terra che si conosca, trovandosi a una distanza di soli 170 anni luce. Rappresenta perciò un bersaglio ideale per gli astronomi che vogliono studiare i dischi. Il sistema ricorda molto quello che gli astronomi pensano fosse il Sistema Solare durante l’epoca della sua formazione più di quattro miliardi di anni fa.
ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) è il più potente osservatorio attualmente in funzione in grado di tracciare una mappa della composizione chimica e della distribuzione del gas freddo nei dischi vicini. Queste capacità uniche sono state sfruttate da un gruppo di astronomi guidati da Catherine Walsh (Leiden Observatory, Paesi Bassi) per studiare la chimica del disco protoplanetario di TW Hydrae. Le osservazioni di ALMA hanno rivelato le impronte dell’alcol metilico allo stato gassoso per la prima volta in un disco protoplanetario. Il metanolo, un derivato del metano, è una delle molecole organiche complesse più grandi che siano finora state identificate in questi dischi. Trovarne la presenza in oggetti pre-planetari rappresenta un traguardo importante per capire come le molecole organiche si integrino nei pianeti che stanno per nascere. Inoltre, il metanolo stesso è uno dei mattoni costitutivi di specie più complesse di importanza prebiotica, come i composti di aminoacidi. Ne consegue che il metanolo svolge un ruolo fondamentale nella creazione di tutta la ricca chimica organica necessaria alla vita.
Walsh, autrice principale del lavoro, ha spiegato: «Trovare il metanolo in un disco protoplanetario mostra le capacità uniche di ALMA di sondare le riserve di composti organici complessi che si trovano in forma ghiacciata nei dischi e, per la prima volta, ci permette di guardare indietro, all’origine della complessità chimica di una culla stellare intorno a una stella giovane simile al Sole».
Il metanolo gassoso in un disco protoplanetario ha un’importanza speciale nell’astrochimica. Mentre altre specie osservate nello spazio si formano per via chimica in una fase unicamente gassosa, o da una combinazione di fasi gassose e solide, il metanolo è un composto organico complesso che si forma solamente nella fase ghiacciata attraverso reazioni superficiali sui grani di polvere.
L’acuta vista di ALMA ha permesso agli astronomi di mappare il metanolo gassoso nel disco di TW Hydrae, così da scoprire una struttura ad anello oltre all’emissione significativa dalla zona vicina alla stella centrale. Un anello di metanolo tra le 30 e le 100 unità astronomiche (UA) riproduce la distribuzione del metanolo osservata nei dati di ALMA. La struttura identificata dà supporto all’ipotesi che la maggior parte delle riserve ghiacciate del disco vengano ospitate soprattutto sui grani più grandi (fino a un millimetro di diametro), che si trovano all’interno delle 50 UA e si sono disaccoppiati dal gas e stanno ora andando alla deriva e cadendo in direzione radiale verso la stella.
L’osservazione di metanolo in fase gassosa, combinata con le informazioni sulla sua distribuzione, implica che il metanolo si è formato sui grani ghiacciati del disco e successivamente è stato rilasciato in forma gassosa. Questa prima osservazione aiuta a chiarire il rompicapo della transizione ghiaccio-gas del metanolo e più in generale i processi chimici negli ambienti astrofisici. In questo studio, invece che il desorbimento termico (con metanolo rilasciato a temperature superiori alla temperatura di sublimazione), sembrano favoriti altri meccanismi che sono discussi dall’equipe, tra cui il foto-desorbimento a causa di fotoni ultravioletti e il desoribmento reattivo. Osservazioni più dettagliate con ALMA aiuteranno a favorire uno o l’altro degli scenari proposti. Variazioni radiali delle specie chimiche nella composizione della parte centrale del disco e in particolare la posizione delle cosiddette “linee di neve” (cioè l’altezza, in montagna, a cui la neve non si scioglie), sono cruciali per capire la chimica dei pianeti in formazione. Le “linee di neve” indicano il confine oltre al quale un particolare specie chimica volatile è congelata sui grani di polvere. La rivelazione di metanolo nelle zone esterne più fredde del disco mostra che è in grado di sfuggire ai grani a una temperatura molto più bassa della temperatura di sublimazione, necessaria per dar luogo al desorbimento termico.
Ryan A. Loomis, coautore dell’articolo, ha aggiunto: «Il metanolo in forma gassosa nel disco è un indicatore inequivocabile dei numerosi processi organici che hanno luogo nelle prime fasi della formazione di stelle e pianeti. Questo risultato ha conseguenze importanti sulla nostra comprensione di come si accumula la materia organica nei sistemi planetari molto giovani».
Questa prima rilevazione di metanolo in una fase gassosa fredda all’interno di un disco protoplanetario significa che la chimica del ghiaccio può essere esplorata nel dischi, aprendo una nuova strada a studi futuri di chimica organica complessa nei luoghi di nascita dei pianeti. Nella caccia agli esopianeti in grado di ospitare la vita, gli astronomi ora hanno in mano un nuovo, potente strumento.
Per saperne di più:
- Leggi QUI il comunicato stampa dell’ESO
- Leggi l’articolo “First detection of gas-phase methanol in a protoplanetary disk”, di Catherine Walsh, Ryan A. Loomis, Karin I. Öberg, Mihkel Kama, Merel L. R. van ‘t Hoff,Tom J. Millar, Yuri Aikawa, Eric Herbst, Susanna L. Widicus Weaver e Hideko Nomura
Guarda il servizio video di INAF-TV: