Comunicato Stampa

ALMA scopre un terzetto di pianeti bambini intorno a una stella neonata

Una tecnica innovativa per trovare i pianeti più giovani nella nostra galassia

13 Giugno 2018

Due gruppi indipendenti di astronomi hanno usato ALMA per trovare prove convincenti che tre giovani pianeti siano in orbita intorno alla stella neonata HD 163296. Usando una tecnica innovativa di ricerca dei pianeti, gli astronomi hanno identificato tre perturbazioni nel disco ricco di gas intorno alla giovane stella: la prova finora più forte che ci siano dei pianeti appena formati in orbita. Vengono considerati questi i primi pianeti scoperti con ALMA.

Il telescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ha trasformato la nostra comprensione dei dischi protoplanetari - le fabbriche di pianeti, piene di gas e polvere, che circondano le stelle giovani. Gli anelli e le lacune di questi dischi forniscono prove circostanziali della presenza di protopianeti [1]. Altri fenomeni, però, potrebbero spiegare queste stesse caratteristiche suggestive.

Ma ora, usando una tecnica innovativa per la ricerca di pianeti che identifica motivi insoliti nel flusso di gas all'interno del disco protoplanetario intorno a stelle giovani, due gruppi di astronomi hanno confermato, indipendentemente, la presenza dei segni inequivocabili della presenza di pianeti appena formati intorno a una stella appena nata [2].

"Misurare il flusso di gas all'interno di un disco protoplanetario ci dà molta più certezza che ci siano pianeti in orbita intorno a una stella giovane," commenta Christophe Pinte dell'Università Monash in Australia e dell'Institut de Planétologie et d'Astrophysique di Grenoble (Université de Grenoble-Alpes / CNRS) in Francia, e primo autore di uno dei due articoli. "Questa tecnica offre una nuova, promettente direzione per capire come si formino i sistemi planetari."

Per le loro scoperte, i due gruppi hanno analizzato le osservazioni ALMA di HD 163296, una giovane stella a circa 330 anni luce dalla Terra, nella costellazione del Sagittario [3]. La stella ha circa il doppio della massa del Sole ma ha solo 4 milioni di anni - un millesimo dell'età del Sole.

"Abbiamo esaminato il moto localizzato, su piccola scala, del gas nel disco protoplanetario della stella. È un approccio completamente nuovo che potrebbe farci scoprire alcuni dei pianeti più giovani della galassia, grazie alle immagini ad alta risoluzione prodotte da ALMA," ha aggiunto Richard Teague, astronomo all'Università del Michigan e primo autore del secondo articolo.

Invece che focalizzarsi sulla polvere all'interno del disco, chiaramente rappresentata nelle precedenti osservazioni di ALMA, gli astronomi hanno invece studiato il monossido di carbonio (CO) gassoso diffuso nel disco. Le molecole di CO emettono luce a una caratteristica lunghezza d'onda nella banda millimetrica che ALMA può osservare in dettaglio. Sottili cambiamenti nella lunghezza d'onda di questa luce, dovuti all'effetto Doppler, svelano i moti del gas all'interno del disco.

L'equipe guidata da Teague ha identificato due pianeti a crica 12 e 21 miliardi di chilometri dalla stella. L'altra equipe, guidata da Pinte, ha indentificato un pianeta a circa 39 miliardi di chilometri dalla stella [4].

Le due equipe hanno usato variazioni della stessa tecnica, cioè cercare anomalie nel flusso del gas evidenziate dallo spostamento della lunghezza d'onda dell'emissione del CO, che indica che il gas sta interagendo con un oggetto massiccio [5].

La tecnica usata da Teague, indentifcare variazioni medie nel flusso fino a pochi percento, ha rivelato l'impatto multiplo dei pianeti sul moto del gas vicino alla stella. La tecnica usata da Pinte, misurare direttamente il flusso del gas, è più adatta per studiare la zona più esterna del disco e ha permesso agli autori di localizzare il terzo pianeta, ma si può usare solo con deviazioni del flusso superiori a circa il 10%.

In entrambi i casi, i ricercatori hanno identificato aree in cui il flusso del gas non è consistente con i dintorni - come i vortici intorno a una roccia nell'acqua di un fiume. Analizzando questo moto con attenzione, hanno potuto identificare l'influenza di corpi planetari di massa simile a quella di Giove.

La nuova tecnica permette agli astronomi di stimare la massa dei protopianeti in modo più preciso ed è meno soggetta a produrre falsi positivi. "Stiamo finalmente portando ALMA alla ribalta della ricerca di paineti", afferma il coautore Ted Bergin, dell'Università del Michigan.

Entrambi i gruppi continueranno a perfezionale il metodo e lo applicheranno ad altri dischi: sperano di capire meglio come si formino le atmosfere e quali elementi e molecole affidati a un pianeta alla sua nascita.

Note

[1] Anche se sono già state scoperte migliaia di esopianeti negli ultimi vent'anni, trovare i protopianeti rimane un esercizio di avanguardia e finora non ci sono state scoperte inattaccabili. Le tecniche attualmente in uso per cercare gli esopianeti in sistemi planetari completamente formati - come la misura dell'oscillazione della stella o la diminuzione della sua luce a causa del transito di un pianeta - non si prestano facilmente alla detezione di protopianeti.

[2] Il moto del gas intorno a una stella in assenza di pianeti ha un andamento semplice e prevedibile (rotazione kepleriana) quasi impossibile da modificare sia in modo coerente che su scala locale, così che solo la presenza di un oggetto relativamente massiccio può essere la causa dei disturbi.

[3] Le immagini straordinare di HD 163296 e di altri sistemi simili ottenute con ALMA hanno rivelato forme affascinanti di anelli concentrici e lacune all'interno dei dischi protoplanetari. Queste lacune potrebbero indicare la presenza di protopianeti che spazzando la polvere e il gas e lo rimuovono dall'orbita,  incorporandone parte nella propria atmosfera. Uno studio precedente di questo particolare disco stellare mostra come le lacune nella polvere e nel gas si sovrappongano, suggerendo che ci siano almeno due pianeti formati in quella zona.

Le osservazioni iniziali, in ogni caso, si limitavano a fornire prove circostanziali e non potevano essere utilizzate per stimare con precisione la massa dei pianeti.

[4] Queste corrispondono a 80, 140 e 260 volte la distanza tra la Terra e il Sole.

[5] La tecnica è simile a quelal che ha portato alla scoperta del pianeta Nettuno nel diciannovesimo secolo. In quel caso le anomalie nel moto del pianeta Urano furono attribuite all'effetto gravitazionale di un corpo sconosciuto, successivamente scoperto visivamente nel 1846. È l'ottavo pianeta del sistema solare.

Ulteriori Informazioni

Questo lavoro è stato descritto in due articoli che verranno pubblicati nello stesso numero della rivista Astrophysical Journal Letters. Il primo si intitola “Kinematic evidence for an embedded protoplanet in a circumstellar disc”, di C. Pinte et al. mentre il secondo è “A Kinematic Detection of Two Unseen Jupiter Mass Embedded Protoplanets”, di R. Teague et al.

L'equipe di Pinte è composta da: C. Pinte (Monash University, Clayton, Victoria, Australia; Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Francia), D. J. Price (Monash University, Clayton, Victoria, Australia), F. Ménard (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Francia), G. Duchêne (University of California, Berkeley California, USA; Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Francia), W.R.F. Dent (Joint ALMA Observatory, Santiago, Cile), T. Hill (Joint ALMA Observatory, Santiago, Cile), I. de Gregorio-Monsalvo (Joint ALMA Observatory, Santiago, Cile), A. Hales (Joint ALMA Observatory, Santiago, Cile; National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, USA) e D. Mentiplay (Monash University, Clayton, Victoria, Australia).

L'equipe di Teague è copmosta da: Richard D. Teague (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), Jaehan Bae (Department of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution for Science, Washington, DC, USA), Edwin A. Bergin (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), Tilman Birnstiel (University Observatory, Ludwig-Maximilians-Universität München, Munich, Germania) e Daniel Foreman- Mackey (Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute, New York, USA).

ALMA, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, un osservatorio astronomico internazionale, è una collaborazione fra l'Europa, la U.S. National Science Foundation (NSF) e gli Istituti Nazionali di Scienze Naturali del Giappone (NINS),  in cooperazione con la repubblica del Cile. ALMA è stato fondato dall'ESO per conto dei suoi stati membri, dall'NSF in cooperazione con il National Research Council del Canada (NRC) e il National Science Council di Taiwan (NSC) e dal NINS in cooperazione con l'Accademia Sinica di Taiwan (AS) e l'Istituto di Astronomia e Scienze Spaziali della Corea (KASI). La costruzione e la gestione di ALMA sono condotte dall'ESO per conto dei suoi stati membri, dall'Osservatorio Nazionale di Radio Astronomia (NRAO) gestito dalle Associated Universities, Inc. (AUI) per conto del Nord America e dall'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ) per conto dell'Asia Orientale. L'osservatorio congiunto di ALMA (JAO: Joint ALMA Observatory) fornisce la guida unitaria e la gestione della costruzione, del commissioning e delle operazioni di ALMA.

L'ESO (European Southern Observatory, o Osservatorio Australe Europeo) è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e di gran lunga l'osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 15 paesi: Austria, Belgio, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Italia, Paesi Bassi, Polonia, Portogallo, Regno Unito, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera, oltre al paese che ospita l'ESO, il Cile e l'Australia come partner strategico. L'ESO svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. L'ESO ha anche un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. L'ESO gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l'ESO gestisce il Very Large Telescope, osservatorio astronomico d'avanguardia nella banda visibile e due telescopi per survey. VISTA, il più grande telescopio per survey al mondo, lavora nella banda infrarossa mentre il VST (VLT Survey Telescope) è il più grande telescopio progettato appositamente per produrre survey del cielo in luce visibile. L'ESO è il partner principale di APEX e di ALMA, il più grande progetto astronomico esistente, sulla piana di Chajnantor. E sul Cerro Armazones, vicino al Paranal, l'ESO sta costruendo l'Extremely Large Telescope o ELT (significa Telescopio Estremamente Grande), un telescopio da 39 metri che diventerà "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo".

La traduzione dall'inglese dei comunicati stampa dell'ESO è un servizio dalla Rete di Divulgazione Scientifica dell'ESO (ESON: ESO Science Outreach Network) composta da ricercatori e divulgatori scientifici da tutti gli Stati Membri dell'ESO e altri paesi. Il nodo italiano della rete ESON è gestito da Anna Wolter.

Links

• Articolo scientifico: Pinte et al. in Astrophysical Journal Letters
• Articolo scientifico: Teague et al. in Astrophysical Journal Letters
• Fotografie di ALMA

Contatti

Christophe Pinte
Monash University
Clayton, Victoria, Australia
Tel.: +61 4 90 30 24 18
E-mail: christophe.pinte@univ-grenoble-alpes.fr

Richard Teague
University of Michigan
Ann Arbor, Michigan, USA
Tel.: +1 734 764 3440
E-mail: rteague@umich.edu

Calum Turner
ESO Assistant Public Information Officer
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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso1818.