Nel 2017, gli astronomi hanno riferito di aver scoperto un’ombra che attraversava la faccia di un vasto disco di gas e polvere a forma di pancake che circondava la stella nana rossa TW Hydrae. L’ombra non proviene da un pianeta, ma da un disco interno leggermente inclinato rispetto al disco esterno – che è molto più grande -, facendogli proiettare un’ombra. Una spiegazione è che la gravità di un pianeta invisibile sta attirando polvere e gas nella sua orbita inclinata. Ora, una seconda ombra – che gioca a nascondino – è emersa in pochi anni tra le osservazioni archiviate nell’archivio MAST del telescopio spaziale Hubble di NASA/ESA. Questa ombra potrebbe provenire da un altro disco annidato all’interno del sistema. I due dischi sono probabilmente la prova di una coppia di pianeti in costruzione.
TW Hydrae ha meno di 10 milioni di anni e si trova a circa 200 anni luce di distanza. Nella sua fase iniziale, circa 4,6 miliardi di anni fa, il nostro Sistema Solare potrebbe aver assomigliato al sistema TW Hydrae. Poiché il sistema TW Hydrae è inclinato quasi frontalmente come visto dalla Terra, è un obiettivo ottimale per ottenere una vista panoramica di un “cantiere planetario”.
La seconda ombra è stata scoperta nelle osservazioni ottenute il 6 giugno 2021, nell’ambito di un programma pluriennale progettato per tracciare le ombre nei dischi circumstellari. John Debes di AURA/STScI per l’Agenzia Spaziale Europea presso lo Space Telescope Science Institute di Baltimora, nel Maryland, ha confrontato queste ultime osservazioni del disco di TW Hydrae con le osservazioni di Hubble fatte diversi anni fa. “Abbiamo scoperto che l’ombra aveva fatto qualcosa di completamente diverso”, ha detto Debes, ricercatore e autore principale dello studio pubblicato su The Astrophysical Journal. “Quando ho esaminato i dati per la prima volta, ho pensato che qualcosa fosse andato storto con l’osservazione perché non era quello che mi aspettavo. All’inizio ero disorientato e tutti i miei collaboratori dicevano: cosa sta succedendo? Abbiamo davvero dovuto grattarci la testa e ci è voluto un po’ per trovare una spiegazione”.
“Abbiamo escogitato una teoria su ciò che potrebbe causare il cambiamento delle ombre”, ha aggiunto Rebecca Nealon, membro del team scientifico dell’Università di Warwick nel Regno Unito. “Ma per verificarla abbiamo dovuto eseguire modelli sofisticati in cui abbiamo variato il numero di dischi e i loro orientamenti per cercare di riprodurre le osservazioni di Hubble”.
La soluzione migliore trovata dal team è che ci sono due dischi disallineati che proiettano ombre. Erano così vicini l’uno all’altro nella precedente osservazione che erano sfuggiti. Nel corso del tempo si sono separati e divisi in due ombre. “Non l’abbiamo mai visto prima su un disco protoplanetario. Rende il sistema molto più complesso di quanto pensassimo inizialmente”, ha affermato Debes. La spiegazione più semplice è che i dischi disallineati sono probabilmente causati dall’attrazione gravitazionale di due pianeti su piani orbitali leggermente diversi. Hubble sta mettendo insieme una visione globale dell’architettura del sistema.
I dischi possono essere proxy per i pianeti che si lambiscono l’un l’altro mentre ruotano attorno alla stella. È un po’ come far girare due dischi in vinile a velocità leggermente diverse. A volte le etichette coincidono, ma poi una supera l’altra. “Ciò suggerisce che i due pianeti devono essere abbastanza vicini l’uno all’altro. Se uno si fosse mosso molto più velocemente dell’altro, questo sarebbe stato notato nelle precedenti osservazioni”, ha detto Debes.
I pianeti sospetti si trovano in una regione approssimativamente alla distanza di Giove dal nostro Sole. E le ombre completano una rotazione attorno alla stella ogni 15 anni circa, il periodo orbitale che ci si aspetterebbe a quella distanza dalla stella. Inoltre, questi due dischi interni sono inclinati di circa cinque o sette gradi rispetto al piano del disco esterno. Questo è paragonabile alla gamma di inclinazioni orbitali all’interno del nostro Sistema Solare. “Questo è perfettamente in linea con la tipica architettura in stile Sistema Solare”, ha affermato Debes.
Il disco esterno su cui cadono le ombre può estendersi fino a diverse volte il raggio della fascia di Kuiper del nostro Sistema Solare. Questo disco più grande ha uno spazio al doppio della distanza media di Plutone dal Sole. Questa potrebbe essere la prova di un terzo pianeta nel sistema. Eventuali pianeti interni sarebbero difficili da rilevare perché la loro luce si perderebbe nel bagliore della stella. Inoltre, la polvere nel sistema oscurerebbe la loro luce riflessa.
I dati di TW Hydrae provengono dallo Space Telescope Imaging Spectrograph di Hubble. La visione a infrarossi del telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA potrebbe essere in grado di mostrare le ombre in modo più dettagliato.
