La scoperta rivoluzionaria del telescopio spaziale James Webb
Il telescopio spaziale James Webb (JWST) sta rivoluzionando il campo dell’astronomia, permettendo agli scienziati di fare luce sui misteri dell’universo, dalla formazione delle galassie, stelle e pianeti, fino alla rilevazione di potenziali segni di vita su esopianeti. Lanciato nel dicembre 2021, il JWST si pone come il principale osservatorio spaziale del prossimo decennio, superando l’eredità del telescopio spaziale Hubble con strumenti più potenti e capacità di osservazione più ampie.
Recentemente, un gruppo di ricercatori guidati da Naman Bajaj dell’Università dell’Arizona, tra cui la Dr.ssa Uma Gorti dell’Istituto SETI, ha ottenuto immagini inedite di venti provenienti da un antico disco di formazione planetaria che sta attivamente disperdendo il suo contenuto gassoso. Questa scoperta, pubblicata sulla rivista Astronomical Journal, rappresenta un passo avanti significativo nella comprensione della dinamica di formazione dei pianeti e dell’evoluzione dei dischi circumstellari che circondano le giovani stelle.
Intuizioni dal disco erodente di TCha
Al centro di questa scoperta vi è l’osservazione di TCha, una giovane stella avvolta da un disco erodente notevole per il suo ampio divario di polvere, con un raggio di circa 30 unità astronomiche. Per la prima volta, gli astronomi hanno immaginato i gas in dispersione (noti come venti) utilizzando le quattro linee dei gas nobili neon (Ne) e argon (Ar), uno dei quali è la prima rilevazione in un disco di formazione planetaria. Le immagini di [Ne II] mostrano che il vento proviene da una regione estesa del disco. Il team, tutti membri di un programma JWST guidato da Ilaria Pascucci (U Arizona), è interessato anche a comprendere come avviene questo processo per poter meglio comprendere la storia e l’impatto sul nostro sistema solare.
“Questi venti potrebbero essere guidati sia dai fotoni stellari ad alta energia (la luce della stella) sia dal campo magnetico che intreccia il disco di formazione planetaria”, ha affermato Naman. Uma Gorti, che conduce ricerche sulla dispersione dei dischi da decenni, e il suo collega avevano previsto la forte emissione di argon che ora il JWST ha rilevato. Lei è “entusiasta di poter finalmente districare le condizioni fisiche nel vento per capire come vengono lanciati”.
L’evoluzione dei sistemi planetari
I sistemi planetari come il nostro Sistema Solare sembrano contenere più oggetti rocciosi che gassosi. Intorno al nostro Sole, questi includono i pianeti interni, la cintura di asteroidi e la cintura di Kuiper. Ma gli scienziati sanno da tempo che i dischi di formazione planetaria iniziano con 100 volte più massa in gas che in solidi, il che porta a una domanda urgente: quando e come la maggior parte del gas lascia il disco/sistema?
Durante le prime fasi della formazione del sistema planetario, i pianeti si aggregano in un disco rotante di gas e minuscole polveri attorno alla giovane stella. Queste particelle si raggruppano, accumulandosi in frammenti più grandi chiamati planetesimi. Nel tempo, questi planetesimi collidono e si uniscono, formando infine i pianeti. Il tipo, la dimensione e la posizione dei pianeti che si formano dipendono dalla quantità di materiale disponibile e da quanto tempo rimane nel disco. Quindi, l’esito della formazione dei pianeti dipende dall’evoluzione e dalla dispersione del disco.
Lo stesso gruppo, in un altro articolo guidato dal Dr. Andrew Sellek dell’Osservatorio di Leiden, ha eseguito simulazioni della dispersione guidata dai fotoni stellari per differenziare tra le due. Confrontano queste simulazioni con le osservazioni reali e scoprono che la dispersione da fotoni stellari ad alta energia può spiegare le osservazioni e quindi non può essere esclusa come possibilità. Andrew ha descritto come “la misurazione simultanea di tutte e quattro le linee da parte del JWST si è rivelata fondamentale per definire le proprietà del vento e ci ha aiutato a dimostrare che quantità significative di gas vengono disperse”. Per contestualizzare, i ricercatori calcolano che la massa che si disperde ogni anno è equivalente a quella della Luna! Un articolo complementare, attualmente in fase di revisione da parte dell’Astronomical Journal, dettaglierà questi risultati.
Scoperte trasformative e prospettive future
La linea [Ne II] è stata scoperta per la prima volta verso diversi dischi di formazione planetaria nel 2007 con il telescopio spaziale Spitzer e fu presto identificata come un tracciante dei venti dal Prof. Pascucci all’Università dell’Arizona; ciò ha trasformato gli sforzi di ricerca focalizzati sulla comprensione della dispersione del gas del disco. La scoperta di [Ne II] risolta spazialmente e la prima rilevazione di [Ar III] utilizzando il JWST potrebbero diventare il prossimo passo verso la trasformazione della nostra comprensione di questo processo.
“Abbiamo utilizzato il neon per studiare i dischi di formazione planetaria più di un decennio fa, confrontando le nostre simulazioni computazionali con i dati di Spitzer e nuove osservazioni ottenute con l’ESO VLT”, ha detto il professor Richard Alexander della Scuola di Fisica e Astronomia dell’Università di Leicester. Abbiamo imparato molto, ma quelle osservazioni non ci hanno permesso di misurare quanta massa i dischi stavano perdendo. I nuovi dati JWST sono spettacolari, e essere in grado di risolvere i venti dei dischi nelle immagini è qualcosa che non avrei mai pensato fosse possibile. Con altre osservazioni come questa ancora in arrivo, il JWST ci permetterà di comprendere i giovani sistemi planetari come mai prima d’ora.”
Inoltre, il gruppo ha anche scoperto che il disco interno di T Cha sta evolvendo su scale temporali molto brevi di decenni; scoprono che lo spettro JWST di T Cha differisce dal precedente spettro di Spitzer. Secondo Chengyan Xie dell’Università dell’Arizona, autore principale di questo lavoro in corso, questa discrepanza potrebbe essere spiegata da un piccolo disco interno asimmetrico che ha perso parte della sua massa in soli ~17 anni. Insieme agli altri studi, ciò suggerisce anche che il disco di T Cha è alla fine della sua evoluzione. Chengyan aggiunge: “Potremmo essere in grado di assistere alla dispersione di tutta la massa di polvere nel disco interno di T Cha nel corso della nostra vita!”
Le implicazioni di queste scoperte offrono nuove intuizioni sulle complesse interazioni che portano alla dispersione del gas e della polvere critici per la formazione dei pianeti. Comprendendo i meccanismi alla base della dispersione del disco, gli scienziati possono prevedere meglio le tempistiche e gli ambienti favorevoli alla nascita dei pianeti. Il lavoro del team dimostra la potenza del JWST e stabilisce un nuovo percorso in avanti nell’esplorazione della dinamica di formazione dei pianeti e dell’evoluzione dei dischi circumstellari.
