Immagini di 6 differenti dischi protoplanetari osservati da Alma. Crediti: S. Andrews, L. Cieza, A. Isella, A. Kataoka, B. Saxton (Nrao/Aui/Nsf), Alma (Eso/Naoj/Nrao)
Una nuova ricerca condotta da un piccolo team di astrofisici del Regno Unito ha trovato la maniera per stabilire se i nuovi pianeti, in via di formazione all’interno del disco protoplanetario di polvere e gas che normalmente circonda le stelle appena nate, stiano migrando all’interno del disco stesso oppure se siano più propensi a rimanere semplicemente nella stessa orbita attorno alla stella.
La migrazione orbitale dei pianeti è un processo le cui basi teoriche sono conosciute da una quarantina d’anni, ma solo da poco tempo – grazie a nuovi, potenti telescopi – gli astronomi hanno iniziato ad avere prove osservative. Il nuovo studio, in via di pubblicazione su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, va proprio in questo senso, permettendo di identificare due particolari caratteristiche rintracciate all’interno di alcuni dischi protoplanetari come dirette indicatrici di un pianeta in migrazione all’interno del sistema planetario in formazione.
«La migrazione orbitale dei pianeti nei dischi protoplanetari gioca un ruolo importante nell’evoluzione a lungo termine dei sistemi planetari, ma finora non avevamo alcun test osservazionale diretto per determinare se un pianeta stia migrando nel suo disco gassoso», spiega Farzana Meru dell’Università di Warwick, che ha condotto lo studio. «Tuttavia, la tecnologia ora disponibile nell’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma) è in grado di guardare in profondità in questi dischi, e persino di vedere strutture dettagliate all’interno dei dischi come anelli, spazi vuoti, bracci a spirale, mezzelune e ciuffi».
La schiera di 66 antenne di Alma può anche utilizzare diverse lunghezze d’onda millimetriche per determinare la concentrazione di particelle di differenti dimensioni, una misura che permette di stabilire come si siano formati i singoli anelli concentrici all’interno del disco protoplanetario. Questo perché la lunghezza d’onda a cui si osserva è in gran parte correlata alla dimensione delle particelle di polvere.
Farzana Meru. Crediti: Università di Warwick
«Le nostre ultime ricerche hanno trovato un modo per utilizzare questa nuova tecnologia e individuare all’interno di questi anelli di polvere ciò che pensiamo sia un chiaro segno distintivo del fatto che un pianeta nelle loro vicinanze stia effettivamente migrando all’interno di quel giovane sistema stellare», aggiunge Meru.
In particolare, secondo gli autori del nuovo studio è sufficiente una semplice misurazione della dimensione tipica delle particelle in ciascun anello. Se Alma rileva che l’anello di polvere interno (quello posizionato tra l’orbita del pianeta e la stella) è tipicamente costituito da particelle di dimensioni più piccole, e che l’anello di polvere esterno (ovvero quello immediatamente al di fuori dell’orbita del pianeta) è tipicamente costituito da particelle più grandi, allora questa sarà una chiara dimostrazione che il pianeta sta migrando all’interno del disco protoplanetario del sistema.
Tramite una simulazione, i ricercatori hanno calcolato che se un pianeta, appena nato ma già migrante, si trovasse a 30 unità astronomiche dalla stella e fosse 30 volte la massa della Terra, le particelle più piccole nell’anello interno risulterebbero in genere meno di un millimetro in dimensione, mentre quelli nell’anello esterno sarebbero un po’ più grandi di un millimetro.
Simulazioni della formazione di anelli di polvere attorno a un pianeta all’interno di un disco protoplanetario. Crediti: Meru et al./Mnras
La ragione di questo schema è duplice. In primo luogo, il modello proposto dai ricercatori mostra che l’anello esterno conterrà particelle di polvere più grandi perché queste si muovono a una velocità maggiore rispetto alle particelle più piccole, risultando abbastanza veloci da tenere il passo del pianeta mentre orbita verso l’interno del sistema. Ciò si tradurrà in un anello esterno all’orbita del pianeta che è per lo più costituito da particelle di maggiori dimensioni.
In secondo luogo, l’anello interno è costituito da particelle più piccole perché queste si muovono verso l’interno più lentamente rispetto al pianeta. Di conseguenza non sono in grado di uscire dalla scia del pianeta che si muove verso l’interno e quindi si accumulano in un anello appena all’interno del pianeta stesso.
Il team di ricerca è convinto che, continuando studi di questo tipo, si possa arrivare a determinare la migrazione orbitale dei pianeti misurando accuratamente la sola posizione degli anelli di polvere all’interno del disco protoplanetario, ma al momento questa è solo una possibilità teorica.
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo in via di pubblicazione su Mnras “Is the ring inside or outside the planet?: The effect of planet migration on dust rings“, di Farzana Meru, Giovanni P. Rosotti, Richard A. Booth, Pooneh Nazari e Cathie J. Clarke