Comunicato Stampa

Prima misura di alcol metilico in un disco di formazione planetaria

15 Giugno 2016

La molecola organica dell'alcol metilico (anche noto come metanolo) è stata trovata dal telescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) nel disco protoplanetario della stella TW Hydrae. È la prima volta che questo composto viene trovato nel disco protoplanetario di un sistema giovane. Il metanolo è l'unica molecola organica complessa finora rivelata nei dischi che proviene inequivocabilmente da una forma ghiacciata. La sua rilevazione aiuta gli astronomi a comprendere i processi chimici che avvengono durante la formazione dei sistemi planetari e che alla fine portano alla creazione degli ingredienti per la vita.

Il disco protoplanetario intorno alla giovane stella TW Hydrae è il pi vicino esempio alla Terra che si conosca, trovandosi a una distanza di soli 170 anni luce. Rappresenta perciò un bersaglio ideale per gli astronomi che vogliono studiare i dischi. Il sistema ricorda molto quello che gli astronomi pensano fosse il Sistema Solare durante l'epoca della sua formazione più di quattro miliardi di anni fa.

ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) è il più potente osservatorio attualmente in funzione in grado di tracciare una mappa della composizione chimica e della distribuzione del gas freddo nei dischi vicini. Queste capacità uniche sono state sfruttate da un gruppo di astronomi guidati da Catherine Walsh (Leiden Observatory, Paesi Bassi) per studiare la chimica del disco protoplanetario di TW Hydrae.

Le osservazioni di ALMA hanno rivelato le impronte dell'alcol metilico allo stato gassoso, o metanolo (CH3OH), per la prima volta in un disco protoplanetario. Il metanolo, un derivato del metano, è una delle molecole organiche complesse più grandi che siano finora state identificate in questi dischi. Trovarne la presenza in oggetti pre-planetari rappresenta un traguardo importante per capire come le molecole organiche si integrino nei pianeti che stanno per nascere.

Inoltre, il metanolo stesso è uno dei mattoni costitutivi di specie più complesse di importanza prebiotica, come i composti di aminoacidi. Ne consegue che il metanolo svolge un ruolo fondamentale nella creazione di tutta la ricca chimica organica necessaria alla vita.

Catherine Walsh, autrice principale del lavoro, spiega: "Trovare il metanolo in un disco protoplanetario mostra le capacità uniche di ALMA di sondare le riserve di composti organici complessi che si trovano in forma ghiacciata nei dischi e, per la prima volta, ci permette di guardare indietro, all'orgine della complessità chimica di una culla stellare intorno a una stella giovane simile al Sole".

Il metanolo gassoso in un disco protoplanetario ha un'importanza speciale nell'astrochimica. Mentre altre specie osservate nello spazio si formano per via chimica in una fase unicamente gassosa, o da una combinazione di fasi gassose e solide, il metanolo è un composto organico complesso che si forma solamente nella fase ghiacciata attraverso reazioni superficiali sui grani di polvere.

L'acuta vista di ALMA ha permesso anche agli astronomi di mappare il metanolo gassoso nel disco di TW Hydrae, così da scoprire una struttura ad anello oltre all'emissione significativa dalla zona vicina alla stella centrale [1].

L'osservazione di metanolo in fase gassosa, combinata con le informazioni sulla sua distribuzione, implica che il metanolo si è formato sui grani ghiacciati del disco e successivamente è stato rilasciato in forma gassosa. Questa prima osservazione aiuta a chiarire il rompicapo della transizione ghiaccio-gas del metanolo [2] e più in generale i processi chimici negli ambienti astrofisici [3].

Ryan A. Loomis, coautore dell'articolo, aggiunge: "Il metanolo in forma gassosa nel disco è un indicatore inequivocabile dei numerosi processi organici che hanno luogo nelle prime fasi della formazione di stelle e pianeti. Questo risultato ha conseguenze importanti sulla nostra comprensione di come si accumula la materia organica nei sistemi planetari molto giovani".

Questa prima detezione di metanolo in una fase gassosa fredda all'interno di un disco protoplanetario significa che la chimica del ghiaccio può essere esplorata nel dischi, aprendo una nuova strada a studi futuri di chimica organica complessa nei luoghi di nascita dei pianeti. Nella caccia agli esopianeti in grado di ospitare la vita, gli astronomi ora hanno in mano un nuovo, potente strumento.

Note

[1] Un anello di metanolo tra le 30 e le 100 unità astronomiche (UA) riproduce la distribuzione del metanolo osservata nei dati di ALMA. La struttura identificata dà supporto all'ipotesi che la maggior parte delle riserve ghiacciate del disco vengano ospitate soprattutto sui grani più grandi (fino a un millimetro di diametro), che si trovano all'interno delle 50 UA e si sono disaccoppiati dal gas e stanno ora andando alla deriva e cadendo in direzione radiale verso la stella.

[2] In questo studio, invece che il desorbimento termico (con metanolo rilasciato a temperature superiori alla temperatura di sublimazione), sembrano favoriti altri meccanismi che sono discussi dall'equipe, tra cui il foto-desorbimento a causa di fotoni ultravioletti e il desoribmento reattivo. Osservazioni più dettagliate con ALMA aiuteranno a favorire uno o l'altro degli scenari proposti.

[3] Variazioni radiali delle specie chimiche nella composizione della parte centrale del disco e in particolare la posizione delle cosiddette "linee di neve" (cioè l'altezza, in montagna, a cui la neve non si scioglie), sono cruciali per capire la chimica dei pianeti in formazione. Le "linee di neve" indicano il confine oltre al quale un particolare specie chimica volatile è congelata sui grani di polvere. La rivelazione di metanolo nelle zone esterne più fredde del disco mostra che è in grado di sfuggire ai grani a una temperatura molto più bassa della temperatura di sublimazione, necessaria per dar luogo al desorbimento termico.

Ulteriori Informazioni

Questo studio è stato presentato nell'articolo “First detection of gas-phase methanol in a protoplanetary disk”, di Catherine Walsh et al., pubblicato dalla rivista Astrophysical Journal, Volume 823, Numero 1.

L'equipe è composta da Catherine Walsh (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Paesi Bassi), Ryan A. Loomis (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Karin I. Öberg (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Mihkel Kama (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Paesi Bassi), Merel L. R. van't Hoff (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Paesi Bassi), Tom J. Millar (School of Mathematics and Physics, Queen’s University Belfast, Belfast, Regno Unito), Yuri Aikawa (Center for Computational Sciences, University of Tsukuba, Tsukuba, Giappone), Eric Herbst (Departments of Chemistry and Astronomy, University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA), Susanna L. Widicus Weaver (Department of Chemistry, Emory University, Atlanta, Georgia, USA) e Hideko Nomura (Department of Earth and Planetary Science, Tokyo Institute of Technology, Tokyo, Giappone).

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 l'osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 16 paesi: Austria, Belgio, Brasile, 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. 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 ALMA, il più grande progetto astronomico esistente. E sul Cerro Armazones, vicino al Paranal, l'ESO sta costruendo l'European Extremely Large Telescope o E-ELT (significa Telescopio Europeo 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.

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