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14 Dicembre 2019
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    Grazie ad ALMA è stata osservata per la prima volta, all’interno di un disco protoplanetario, la “linea di neve” dell’acqua: quel confine termodinamico oltre il quale la temperatura del disco di gas e polveri che circonda una giovane stella scende abbastanza perché si formi ghiaccio

    Una rappresentazione artisitca della linea di neve dell'acqua intorno alla stella V883 Orionis, come vista da ALMA. Crediti: A. Angelich (NRAO/AUI/NSF)/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

    ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ha osservato per la prima volta la “linea di neve” dell’acqua all’interno del disco protoplanetario di una giovane stella. Questa linea segna il punto in cui la temperatura del disco che circonda una giovane stella scende abbastanza perché si formi la neve. Solitamente non è possibile osservare questa linea perché troppo vicina alla stella, ma un aumento notevole della luminosità della giovane stella V883 Orionis ha riscaldato la parte interna del disco, spostando la linea della neve relativa all’acqua a distanze molto maggiori di quanto sia normale per una protostella e rendendola osservabile per la prima volta. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature il 14 luglio scorso.

    Questa invece l'immagine del disco protoplanetario intorno alla giovane stella V883 Orionis ottenuta da ALMA nella sua modalità a lunga base. L'anello scuro a metà del disco è la linea di neve dell'acqua, il punto in cui la temperatura e la pressione sono sufficientemente bassi perché si formi il ghiaccio d'acqua, fotografata direttamente per la prima volta. Nell'immagine, per confronto, sono indicate anche le dimensioni delle orbite di Nettuno e Plutone. Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Cieza

    Le giovani stelle sono spesso circondate da un denso disco di gas e polvere in rotazione, noto come disco protoplanetario, da cui nascono i pianeti. Il calore di una tipica stella di tipo solare implica che l’acqua all’interno di un disco protoplanetario si trova nello stato gassoso fino a distanze pari a circa 3 unità astronomiche (UA) dalla stella – 3 volte la distanza media tra la Terra e il Sole – o circa 450 milioni di chilometri. Più all’esterno, a causa della pressione molto bassa, le molecole di acqua passano direttamente dallo stato gassoso a quello solido, formando una patina di ghiaccio sui grani di polvere e di altre particelle. La zona del disco protoplanetario in cui l’acqua passa da gas a solido viene chiamata “linea di neve” dell’acqua.

    Ma la stella V883 Orionis è insolita. Un aumento notevole della sua brillanza ha spostato la linea di neve dell’acqua a una distanza di circa 40 UA (circa 6 miliardi di chilometri, o circa la dimensione dell’orbita di Plutone nel nostro Sistema Solare). Questo enorme aumento, combinato con la risoluzione di ALMA alle lunghezze di base più grandi ha permesso a un’equipe guidata da Lucas Cieza (Millennium ALMA Disk Nucleus e Universidad Diego Portales, Santiago, Cile) di risolvere per la prima volta la linea di neve dell’acqua in un disco protoplanetario.

    Ecco qui sopra come l'esplosione sulla giovane stella V883 Orionis ha spostato la linea di neve dell'acqua molto più lontana dalla stella e l'ha resa visibile da ALMA. Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Cieza

    L’improvviso aumento di luminosità di V883 Orionis è un esempio di cosa accade quando una grande quantità di materiale del disco che circonda una giovane stella cade sulla sua superficie. V883 Orionis è solo il 30% più massiccia del Sole, ma grazie all’esplosione che la scuote è al momento ben 400 volte più luminosa – e molto più calda – del Sole. Fa parte infatti di un tipo di stelle chiamate FU Orionis, dalla prima stella trovata con questo comportamento, in cui la fase esplosiva può durare per centinaia di anni.

    Il primo autore Lucas Cieza spiega: «Le osservazioni di ALMA sono state una sorpresa per noi. Le nostre osservazioni dovevano osservare la frammentazione del disco che porta alla formazione dei pianeti. Non abbiamo visto nulla del genere, ma abbiamo scoperto qualcosa che sembrava un anello a circa 40 UA. Questo risultato mostra bene quanto sia potente ALMA, che ci regala scoperte emozionanti anche se non sono quelle che stavamo cercando».

    Nella cartina la posizione della giovane stella V883 Orionis nella famosa costellazione di Orione. Sono indicate la maggior parte delle stelle visibili a occhio nudo in una notte buia e serena, mentre la posizione di V883 Orionis è indicata da un cerchio rosso. La stella è molto debole e per vederla serve un grande telescopio amatoriale. Crediti: ESO/IAU and Sky & Telescope

    La bizzarra idea della neve che orbita nello spazio è un’idea fondamentale per la formazione dei pianeti. La presenza di ghiaccio d’acqua regola infatti l’efficienza della coagulazione dei grani di polvere – il primo passo nella formazione dei pianeti. Si pensa che i pianeti più piccoli, rocciosi, come il nostro, si formino all’interno della linea di neve, dove l’acqua è sotto forma di vapore. All’esterno della linea di neve, la presenza di ghiaccio d’acqua permette la formazione rapida di palle di neve cosmica, che finiscono con il formare pianeti massicci e gassosi come Giove.

    La scoperta che queste esplosioni possano spostare la linea della neve fino a 10 volte il raggio tipico è importante per lo sviluppo di un buon modello di formazione planetaria e potrebbero essere uno stadio dell’evoluzione della maggior parte dei sistemi planetari.  In questo caso, questa potrebbe essere solo la prima osservazione di un evento in realtà frequente, e le osservazioni di ALMA potrebbero contribure significativamente a una miglior comprensione di come si siano formati ed evoluti i pianeti in tutto l’Universo.

    Per saperne di più:


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