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14 Novembre 2019
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    ALMA ha permesso di osservare, per la prima volta, la “trappola” in cui le particelle di polvere possono aggregarsi e quindi crescere fino a formare comete, pianeti o altri corpi rocciosi.

    Questa rappresentazione artistica mostra la trappola per la polvere nel sistema Oph-IRS 48. La trappola offre un rifugio sicuro per le minuscole particelle del disco e permette loro di aggregarsi e crescere fino a dimensioni che permettano loro di sopravvivere da sole. Crediti: ESO/L. Calçada

    Grazie ad ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), gli astronomi sono riusciti a riprendere, vicino a una giovane stella, la regione in cui le particelle di polvere possono aggregarsi e quindi crescere. È la prima volta che viene osservata chiaramente, e quindi modellata, una simile “trappola per la polvere”.

    Potrebbe essere la soluzione di un mistero di lunga data, su come le particelle di polvere nei dischi stellari crescano fino a raggiungere dimensioni così grandi da formare, alla fine, comete, pianeti e altri corpi rocciosi. I risultati del lavoro verrano pubblicati domani dalla rivista Science.

    Oramai sappiamo per certo che attorno ad altre stelle si trovano pianeti in abbondanza, ma ancora non comprendiamo fino in fondo come si formino, così come molti altri aspetti della formazione di comete, pianeti e altri corpi rocciosi sono ancora oscuri. Grazie alle nuove osservazioni, che sfruttano la potenza di ALMA, gli astronomi stanno rispondendo a una delle più importanti tra queste domande: come fanno i minuscoli grani di polvere nel disco intorno a una stella giovane a diventare sempre più grandi – da sassolini e oltre, fino a massi ben più grandi di un metro?

    Modelli numerici suggeriscono che i grani di polvere crescano quando entrano in collisione e si fondono tra loro. Ma, quando questi grani più grandi si scontrano di nuovo ad alta velocità, spesso vengono distrutti e si ritorna al punto di partenza. E se non accade, il loro destino è quello di muoversi  velocemente verso l’interno, a causa dell’attrito tra la polvere e il gas, cadendo sulla stella madre, perdendo così ogni possibilità di crescere ulteriormente.

    In qualche modo la polvere ha bisogno di un rifugio sicuro dove le particelle possano continuare a crescere finchè sono abbastanza grandi per “sopravvivere da sole”. Tali “trappole per la polvere” erano state ipotizzate, ad esempio come proprio in questo caso, si poteva trattare di vortici nel gas del disco, con una durata anche di di centinaia di migliaia di anni, dando cosi’ modo alla polvere di aggregarsi in corpi più grandi, ma di tutto questo, fin’ora, non c’era nessuna prova osservativa.

    Nienke van der Marel, studentessa di PhD al Leiden Observatory nei Paesi Bassi e prima autrice dell’articolo, stava usando ALMA insieme con i suoi collaboratori per studiare il disco di un sistema noto come Oph-IRS 48. Trovarono che la stella era circondata da un anello di gas con un foro centrale, probabilmente creato da un pianeta non visibile o da una stella compagna. Osservazioni precedenti con il VLT (Very Large Telescope) dell’ESO avevano già mostrato che piccole particelle di polvere (sotto al millimetro) formavano un’analoga struttura ad anello, ma la nuova visuale data da ALMA mostrava invece per la zona contente particelle più grandi, una forma completamente diversa.

    All’inizio la morfologia della polvere come appariva nell’immagine è stata una vera sorpresa“, dice van der Marel. “Invece dell’anello che ci aspettavamo di vedere, trovammo una struttura con la chiara forma di un anacardo! Il segnale forte e la nitidezza delle osservazioni di ALMA non lasciavano dubbi sulla struttura. Ci siamo quindi resi conto di quello che avevamo trovato.”

    Qui sopra l'immagine di ALMA. Sono indicate le varie parti del disco di polveri che circonda il sistema Oph-IRS 48. La regione in verde è la "trappola", dove le particelle più grandi si accumulano. Nell'angolo in alto a sinistra è indicata la dimensione dell'orbita di Nettuno per dare un'idea della scala. Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Nienke van der Marel

    Quello che avevano scoperto era una regione dove i grani di polvere più grandi sono rimasti intrappolati potendo così aggregarsi tra loro e crescere. Una “trappola per la polvere” esattamente come quelle che i teorici stavano cercando.

    Come spiega van der Marel: “È probabile che quello che stiamo guardando sia una sorta di fabbrica di comete, poichè le condizioni sono adatte per far crescere le particelle fino alla dimensione di una cometa. A questa grande distanza dalla stella, difficilmente infatti potranno raggiungere dimensioni planetarie. Ma, nel prossimo futuro, ALMA sarà in grado di osservare questa sorta di cattura-polvere in zone più vicine alla stella madre, dove sono in funzione meccanismi simili. In questo caso, queste “trappole”, sarebbero davvero le culle di nuovi pianeti neonati“.

    La combinazione del lavoro teorico sui modelli con le osservazioni di alta qualità che ALMA fornisce, rende questo un progetto unico nel suo genere“, aggiunge Cornelis Dullemond dell’Institute for Theoretical Astrophysics di Heidelberg, Germania, un esperto di evoluzione della polvere e modelli di disco, oltre che un membro della squadra. “Al tempo in cui queste osservazioni sono state ottenute, infatti, stavamo lavorando proprio su modelli che le prevedevano: una coincidenza davvero molto fortunata“.

    Le osservazioni sono state effettuate, durante la fase di costruzione di ALMA, utilizzando i ricevitori della Banda 9, dispositivi costruiti in Europa che permettono ad ALMA di creare le immagini finora più nitide.

    Queste osservazioni mostrano quanto ALMA sia in grado di produrre scienza innovativa, anche solo usando meno di metà dell’intera schiera di antenne“, sostiene Ewine van Dishoeck del Leiden Observatory, una dei maggiori contributori al funzionamento di ALMA per più di 20 anni. “Il salto incredibile sia in sensibilità che in nitidezza dell’immagine nella Banda 9 ci da’ l’opportunità di studiare aspetti fondamentali della formazione dei pianeti in modi semplicemente non possibili fino ad oggi.

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    La scoperta di questa “trappola per la polvere” risolve un problema di lunga data: come fanno le particelle di polvere ad aggregarsi per formare pianeti, comete e altri corpi rocciosi? ESOcast 58 si inoltra nella trappola per esplorare come funziona questa fabbrica per le comete. Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO).

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