Scompare nube di polvere: enigma sulla formazione dei pianeti

Una nuova scoperta che riguarda i pianeti è stata pubblicata sulla rivista Nature. Secondo lo studio i pianeti si formerebbero molto più in fretta di quanto creduto finora oppure  ogni stella che noi conosciamo dovrebbe ospitare molti più pianeti di quelli che ipotizziamo oggi.

Lo studio, una collaborazione tra scienziati della University of Georgia, la University of California, San Diego, la University of California, Los Angeles, la California State Polytechnic University e la Australian National University, ha avuto inizio con una scoperta curiosa e inaspettata: in tre anni , la nube di polvere attorno a un giovane stella nella aggregazione Scorpione – Centauro è scomparsa molto velocemente.

“La scala temporale più comunemente accettata perchè una polvere di queste dimensioni scompaia è nell’ordine delle centinaia di migliaia di anni, a volte milioni,” ha detto il co-autore  Inseok Song, assistente professore di fisica e astronomia nella UGA Franklin College of Arts and Sciences . “Il fenomeno a cui abbiamo assistito è stato di gran lunga più rapido di ciò che abbiamo sempre osservato e non era stato previsto in nessun modo. Per questo è un’indicazione che abbiamo ancora molto da comprendere sui pianeti .”

Gli scienziati hanno prima individuato la loro stella di interesse esaminando i dati dall’ Infrared Astronomical Satellite, o IRAS, che ha indagato oltre il 96 per cento del cielo nel 1983. La stella, nota come TYC 8241 2652 1, è stata circondata da una nuvola di polvere che era identificabile per la sua radiazione distintiva di energia a infrarossi. Come una padella che assorbe energia e la irradia, la nuvola di polvere assorbe l’energia dalla stella centrale e la irradia nel campo dell’infrarosso. Si pensa che questa polvere calda sia la prima materia da cui si formano i pianeti, ma gli scienziati non hanno ancora chiaro quanto tempo richieda il processo.

Gli scienziati hanno osservato la stessa stella nel 2008, con una speciale apprecchiatura al Gemini South Observatory in Cile e di nuovo con lo stesso telescopio a terra nel 2009. L’osservazione del 2008 ha rivelato un modello di osservazione  dell’emissione infrarossa  simile a quello del 1983, ma nel 2009 era successo qualcosa di sorprendente: l’emissione infrarossa era scesa di quasi due terzi.  L’ Infrared Survey Explorer, o WISE, della NASA ha osservato la stella nel 2010 e gli scienziati hanno scoperto che la polvere era per lo più scomparsa. Gli scienziati hanno confermato i loro risultati utilizzando due telescopi aggiuntivi, il telescopio giapponese AKARI  e lo European Space Agency’s Photodetector Array Camera and Spectrometer, or PACS, dell’ Herschel Space Observatory,  e tutti hanno osservato lo stesso risultato.
“E’ come guardare Saturno e vedere che i suoi anelli sono scomprasi da un momento all’altro” ha spiegato Ben Zuckerman della UC Los Angeles, che ha studiato i dischi circumstellari dal 1980 .

I ricercatori hanno fatto diverse ipotesi su questo feomeno: ma tutte le spiegazioni mandano all’aria i modelli precedenti sulla formazione e i comportamenti dei pianeti.

La teoria dell’accrescimento. Secondo la teoria più diffusa  minuscole particelle di polvere si aggregano grazie a deboli interazioni elettrostatiche.  A partire da questo piccolo fenomeno l’aggragazione cresce di dimensioni fino a diventare un pianeta.   Questo processo avviene, secondo dei modelli riconosciuti validi, nel corso di centinaia di migliaia di anni, che per i criteri astronomici è un periodo davvero breve.

“Se ciò che abbiamo osservato è correlato alla crescita galoppante, allora la nostra scoperta suggerisce che la formazione dei pianeti è molto veloce e molto efficiente,” ha detto Song . “L’implicazione è che se le condizioni sono giuste, intorno ad una stella la formazione dei pianeti può essere quasi istantanea dal punto di vista astronomico”.

La stella che gli scienziati hanno osservato è a 450 anni luce di distanza, il che significa che qualsiasi tipo di pianeta si  formasse non sarebbe visibile con la tecnologia di oggi.

Song ha aggiunto che una versione leggermente diversa della teoria dell’accrescimento suggerisce che i grani di polvere si aggregheranno sulla stella centrale in tempi molto brevi, il che implica che la stella eliminerà il materiale della stella. Se tali eventi si verificano spesso, la formazione dei pianeti è molto meno probabile di quanto si pensasse.

La valanga collisionale. Un’altra spiegazione per la scomparsa improvvisa della polvere è che sia stata espulsa dall’orbita del sole. Song ha spiegato che le particelle sono così piccole – cento volte più piccole di un granello di sabbia, che il costante flusso di fotoni provenienti dal sole potrebbe spingerli via e l’uno con l’altro, come un flipper, fino a spingerli fuori dall’orbita.
Siccome le grandi nuvole di polvere si possono formare quando i piantei in orbita si scontrano gli astronomi hanno sempre pensato alle presenza di questa polvere come un’evidenza indiretta dei pianeti invisibili.  Ma se le nubi di polvere possono essere tanto fugaci allora i pianeti invisibili possono essere molti di più di quelli stimati.

“Spesso si calcola che la percentuale di stelle che hanno una grande quantità di polvere per ottenere una stima ragionevole della percentuale di stelle con sistemi planetari, ma se il modello della valanga collisionale  è corretto, questi calcoli non sono più validi” ha spiegato Song . “Molte stelle senza polvere rilevabile possono avere dei sistemi planetari che sono semplicemente impercettibili.”

Le prossime tappe. Come molte scoperte importanti, questa solleva  domande più che trovare risposte. Song ha spiegato che i suoi colleghi puntano ora a confrontare i dati a partire dal 1983 con i dati dei telescopi moderni per cercare sistematicamente altre stelle che si sono esaurite rapidamente. L’obiettivo è quello di comprendere la frequenza con cui avvengono questi processi e, in definitiva, far progredire la comprensione di come i pianeti si formino.