ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ha osservato per la prima volta la “linea di neve” dell’acqua all’interno di un disco protoplanetario. Questa linea segna il punto in cui la temperatura del disco che circonda una giovane stella scende abbastanza perché si formi la neve. 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 vengono pubblicati sulla rivista Nature il 14 luglio 2016.
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 UA dalla stella [1] – 3 volte la distanza media tra la Terra e il Sole – o circa 450 milioni di chilometri [2]. 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 [3].
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 [4] 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.
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 [5].
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.”
La bizzarra idea della neve che orbita nello spazio è fondamentale per la formazione dei pianeti. La presenza di ghiaccio d’acqua regola 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. Si ritiene che le esplosioni siano uno stadio dell’evoluzione della maggior parte dei sistemi planetari e questa potrebbe essere la prima osservazione di un evento frequente. In questo caso, le osservazioni di ALMA potrebbero contribure significativamente a una miglior comprensione di come si siano formati ed evoluti i pianeti in tutto l’Universo.
Note
[1] 1 UA, o una unità astronomica, è la distanza media tra la Terra e il Sole, circa 149,6 milioni di chilometri. Questa è l’unità di misura usata abitualmente per descrivere le distanze all’interno del Sistema Solare e nei sistemi planetari intorno ad altre stelle.
[2] La linea si trovava tra le orbite di Marte e di Giove durante la formazione del Sistema Solare e perciò i pianeti rocciosi come Mercurio, Venere, la Terra e Marte si sono formati all’interno della linea, mentre i pianeti gassosi come Giove, Saturno, Urano e Nettuno si sono formati all’esterno.
[3] La linea della neve per altre molecole, come il monossido di carbonio e il metano sono state già osservate da ALMA, a distanze maggiori di 30 UA dalla protostella all’interno di altri dischi protoplanetari. L’acqua ghiaccia a temperature relativamente alte e ciò significa che la linea di neve dell’acqua è di solito troppo vicina alla protostella per essere osservata direttamente.
[4] La risoluzione è la capacità di distinguere oggetti separati. All’occhio umano, molte torce viste da lontano possono sembrare un unico punto di luce e solo da vicino le singole torce diventano identificabili. Lo stesso principio si applica ai telescopi e queste nuove osservazioni hanno sfruttato la risoluzione di ALMA nella sua modalità a lunga base. La risoluzione di ALMA alla distanza di V883 Orionis è di circa 12 UA – abbastanza per risolvere la linea di neve dell’acqua a 40 UA in questo sistema in esplosione, ma non abbastanza per una tipica stella giovane.
[5] Stelle come V883 Orionis sono classificate come stelle di tipo FU Orionis, dalla prima stella trovata con questo comportamento. La fase esplosiva può durare per centinaia di anni.
