Roma – Il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA ha appena risolto un enigma dimostrando una controversa scoperta fatta con il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA più di 20 anni fa.
Nel 2003, Hubble ha fornito la prova di un pianeta enorme attorno a una stella molto vecchia, quasi vecchia quanto l’Universo. Tali stelle possiedono solo piccole quantità di elementi più pesanti che sono i mattoni dei pianeti. Ciò implicava che la formazione di alcuni pianeti fosse avvenuta quando il nostro Universo era molto giovane e che quei pianeti avessero avuto il tempo di formarsi e crescere all’interno dei loro dischi primordiali, persino più grandi di Giove. Ma come? Questo era sconcertante.
Per rispondere a questa domanda, i ricercatori hanno utilizzato Webb per studiare le stelle in una galassia vicina che, proprio come l’Universo primordiale, è priva di grandi quantità di elementi pesanti. Hanno scoperto che non solo alcune stelle lì hanno dischi di formazione planetaria, ma che quei dischi sono più longevi di quelli visti attorno a stelle giovani nella nostra galassia, la Via Lattea.
“Con Webb, abbiamo una conferma davvero forte di ciò che abbiamo visto con Hubble e dobbiamo ripensare al modo in cui modelliamo la formazione dei pianeti e l’evoluzione iniziale nell’Universo giovane”, ha affermato il responsabile dello studio Guido De Marchi del Centro europeo di ricerca e tecnologia spaziale dell’ESA a Noordwijk, nei Paesi Bassi.
Nell’Universo primordiale, le stelle si formavano principalmente da idrogeno ed elio e da pochissimi elementi più pesanti, come carbonio e ferro, che giunsero in seguito attraverso esplosioni di supernova.
“I modelli attuali prevedono che con così pochi elementi pesanti, i dischi attorno alle stelle abbiano una vita breve, così breve in effetti che i pianeti non possono crescere “, ha affermato la co-investigatrice dello studio Webb Elena Sabbi, scienziata capo del Gemini Observatory presso il NOIRLab della National Science Foundation a Tucson . “Ma Hubble ha visto quei pianeti, quindi cosa succederebbe se i modelli non fossero corretti e i dischi potessero vivere più a lungo?”
Per testare questa idea, gli scienziati hanno addestrato Webb sulla Piccola Nube di Magellano, una galassia nana che è una delle vicine più prossime della Via Lattea. In particolare, hanno esaminato il massiccio ammasso di formazione stellare NGC 346, che ha anche una relativa mancanza di elementi più pesanti. L’ammasso è servito come proxy vicino per studiare ambienti stellari con condizioni simili nell’Universo primordiale e distante.
Le osservazioni di Hubble di NGC 346 della metà degli anni 2000 hanno rivelato molte stelle di circa 20-30 milioni di anni che sembravano avere ancora dischi di formazione planetaria attorno a loro. Ciò andava contro la credenza convenzionale che tali dischi si sarebbero dissipati dopo 2 o 3 milioni di anni.
“I risultati di Hubble erano controversi, in quanto andavano contro non solo le prove empiriche nella nostra galassia, ma anche contro i modelli attuali”, ha affermato De Marchi. “Questo era intrigante, ma senza un modo per ottenere gli spettri di quelle stelle, non potevamo davvero stabilire se stessimo assistendo a un vero accrescimento e alla presenza di dischi, o solo ad alcuni effetti artificiali”.
Ora, grazie alla sensibilità e alla risoluzione del telescopio Webb, gli scienziati hanno a disposizione i primi spettri in assoluto di stelle in formazione simili al Sole e dei loro dintorni immediati in una galassia vicina.
“Vediamo che queste stelle sono effettivamente circondate da dischi e sono ancora nel processo di divorare materiale, persino alla relativamente vecchia età di 20 o 30 milioni di anni”, ha detto De Marchi. “Questo implica anche che i pianeti hanno più tempo per formarsi e crescere attorno a queste stelle rispetto alle vicine regioni di formazione stellare nella nostra galassia”.
Questa scoperta confuta le precedenti previsioni teoriche secondo cui quando ci sono pochissimi elementi pesanti nel gas attorno al disco, la stella spazzerebbe via il disco molto rapidamente. Quindi la vita del disco sarebbe molto breve, anche meno di un milione di anni. Ma se un disco non rimane attorno alla stella abbastanza a lungo da permettere ai granelli di polvere di attaccarsi insieme e ai ciottoli di formarsi e diventare il nucleo di un pianeta, come possono formarsi i pianeti?
I ricercatori hanno spiegato che potrebbero esserci due meccanismi distinti, o addirittura una combinazione, che consentono ai dischi di formazione planetaria di persistere in ambienti poveri di elementi pesanti.
Innanzitutto, per poter spazzare via il disco, la stella applica una pressione di radiazione. Affinché questa pressione sia efficace, nel gas dovrebbero risiedere elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio. Ma l’ammasso stellare massiccio NGC 346 ha solo circa il dieci percento degli elementi più pesanti presenti nella composizione chimica del nostro Sole. Forse ci vuole semplicemente più tempo perché una stella in questo ammasso disperda il suo disco.
La seconda possibilità è che, affinché una stella simile al Sole si formi quando ci sono pochi elementi più pesanti, dovrebbe iniziare da una nube di gas più grande. Una nube di gas più grande produrrà un disco più grande. Quindi c’è più massa nel disco e quindi ci vorrebbe più tempo per spazzare via il disco, anche se la pressione di radiazione funzionasse allo stesso modo.
“Con più materia attorno alle stelle, l’accrescimento dura più a lungo”, ha detto Sabbi. “I dischi impiegano dieci volte di più a scomparire. Ciò ha implicazioni su come si forma un pianeta e sul tipo di architettura di sistema che si può avere in questi diversi ambienti. È così emozionante”.(30Science.com)
