Gas a sorpresa nei dischi stellari

Gli astronomi utilizzando l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hanno esaminato 24 giovani stelle, alcune di dimensioni simili al Sole e altre grandi circa il doppio, e hanno scoperto che le più grandi conservano riserve sorprendentemente ricche di monossido di carbonio nei loro dischi di detriti. Al contrario, le stelle simili al Sole, con massa inferiore, presentano dischi praticamente privi di gas.

Questo risultato è in contrasto con le aspettative degli astronomi, secondo cui la forte radiazione delle stelle più grandi dovrebbe spogliare del gas i dischi più velocemente di quanto possa fare la radiazione piuttosto modesta delle piccole stelle. Lo studio può fornire inoltre nuovi spunti relativamente alla tempistica di formazione dei pianeti giganti orbitanti attorno a giovani stelle.

I dischi di detriti si trovano attorno a stelle che hanno perso i loro polverosi dischi protoplanetari ricchi di gas e da cui si formano pianeti, asteroidi, comete e altri planetesimi. Attorno alle stelle più giovani, tuttavia, molti di questi oggetti di nuova formazione devono ancora porsi su orbite stabili e di solito si scontrano e collidono, producendo abbastanza detriti da generare un disco di “seconda generazione”.

Cercando indizi sul motivo per cui certe stelle presentassero dischi ricchi di gas, Lieman-Sifry e il suo team hanno esaminato 24 sistemi stellari della Associazione Scorpius-Centaurus. Questo raggruppamento stellare, che si trova a poche centinaia di anni luce dalla Terra, contiene centinaia di stelle di massa bassa e intermedia.

Gli astronomi hanno ristretto la loro ricerca alle stelle di età tra i cinque e i dieci milioni di anni, tali da ospitare a pieno titolo sistemi planetari e dischi di detriti, e hanno utilizzato ALMA per esaminare il bagliore prodotto dal monossido di carbonio nei dischi stellari.

Tra il campione di due dozzine di dischi, i ricercatori ne hanno individuato tre che presentano una forte emissione di monossido di carbonio. Con grande sorpresa, hanno scoperto che tutti e tre i dischi ricchi di gas circondavano stelle circa due volte più massicce del Sole. Nessuna delle 16 stelle più piccole nel campione, simili al Sole, presentava dischi con grandi riserve di monossido di carbonio.

Questa scoperta va contro ogni aspettativa perché le stelle di massa maggiore inondano i loro sistemi planetari con energetica radiazione ultravioletta che dovrebbe distruggere il monossido di carbonio rimanente. Pare che invece le stelle più grandi siano in grado di conservare o ripristinare le proprie scorte di monossido di carbonio. “Non siamo sicuri se queste stelle stiano mantenendo riserve gassose molto più a lungo del previsto, o se c’è una sorta di gas di seconda generazione prodotto da collisioni tra comete o da evaporazione degli strati ghiacciati dei grani di polvere”, ha detto Meredith Hughes, della Wesleyan University, coautrice dello studio.

L’esistenza di questo gas può avere implicazioni fondamentali per la formazione dei pianeti, ritiene Hughes. Il monossido di carbonio è un importante costituente delle atmosfere dei pianeti giganti. La sua presenza in dischi di detriti potrebbe significare che altri gas, compreso l’idrogeno, siano presenti, sebbene in concentrazioni molto più basse. Se alcuni dischi di detriti sono in grado di conservare quantità apprezzabili di gas, questo potrebbe retrodatare il limite temporale previsto per la formazione dei pianeti giganti attorno a giovani stelle.

“Future osservazioni ad alta risoluzione di questi sistemi ricchi di gas potranno permettere agli astronomi di dedurre la posizione del gas all’interno del disco, cosa che potrebbe fornire chiarimenti sull’origine del gas”, afferma Antonio Hales, coautore dello studio. “Per esempio, se il gas è stato prodotto da collisioni tra planetesimi, dovrebbe essere più concentrato in regioni del disco in cui si sono verificati gli impatti”. Secondo Lieman-Sifry, questi dischi polverosi sono diversi tanto quanto i sistemi planetari a cui si accompagnano. La scoperta che i dischi di detriti attorno ad alcune grandi stelle mantengono il monossido di carbonio più a lungo rispetto ad astri simili al Sole può fornire indizi sul ruolo che questo gas svolge nella formazione dei sistemi planetari.

[ Barbara Bubbi ]

http://phys.org/news/2016-08-alma-unexpected-trove-gas-larger.html

Credit: NRAO / AUI / NSF; D. Berry / Skyworks