Un team internazionale di astronomi ha utilizzato il telescopio spaziale James Webb per studiare il disco attorno a una giovane stella di massa molto bassa. I risultati rivelano la più ricca chimica di idrocarburi mai vista finora in un disco protoplanetario (inclusa la prima rilevazione extrasolare di etano) e contribuiscono alla nostra crescente comprensione della diversità dei sistemi planetari.
I pianeti si formano in dischi di gas e polvere in orbita attorno a giovani stelle. Le osservazioni indicano che ci si aspetta che i pianeti terrestri si formino in modo più efficiente rispetto ai giganti gassosi nei dischi attorno a stelle di massa molto bassa. Mentre le stelle di massa molto bassa hanno il più alto tasso di occorrenza di pianeti rocciosi in orbita, le loro composizioni planetarie sono in gran parte sconosciute. Ad esempio, il sistema Trappist-1 (che Webb ha studiato) è costituito da sette pianeti rocciosi entro 0,1 au e la loro composizione è generalmente ritenuta simile a quella della Terra. Tuttavia, nuovi dati da Webb suggeriscono che i dischi attorno a stelle di massa molto bassa potrebbero evolversi in modo diverso da quelli attorno a stelle più massicce.
Il MIRI Mid-INfrared Disk Survey (MINDS) mira a costruire un ponte tra l’inventario chimico dei dischi e le proprietà degli esopianeti. In un nuovo studio, i ricercatori hanno esplorato la regione attorno a una stella di massa molto bassa di 0,11 masse solari (nota come ISO-ChaI 147). Queste osservazioni forniscono informazioni sull’ambiente e sugli ingredienti di base per la formazione di tali pianeti. Il team ha scoperto che il gas nella regione di formazione dei pianeti della stella è ricco di carbonio. Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che il carbonio viene rimosso dal materiale solido da cui possono formarsi i pianeti rocciosi e potrebbe spiegare perché la Terra è relativamente povera di carbonio.
“Webb ha una migliore sensibilità e risoluzione spettrale rispetto ai precedenti telescopi spaziali a infrarossi”, ha spiegato l’autore principale Aditya Arabhavi dell’Università di Groningen nei Paesi Bassi. “Queste osservazioni non sono possibili dalla Terra, perché le emissioni sono bloccate dall’atmosfera. In precedenza potevamo identificare solo l’emissione di acetilene (C2H2) da questo oggetto. Tuttavia, la maggiore sensibilità e risoluzione spettrale di Webb ci ha permesso di rilevare un’emissione debole da molecole meno abbondanti. Webb ci ha anche permesso di capire che queste molecole di idrocarburi non sono solo diverse, ma anche abbondanti”.
La chimica di idrocarburi più ricca mai vista fino ad oggi
Lo spettro rivelato dal Mid-InfraRed Instrument (MIRI) di Webb mostra la chimica di idrocarburi più ricca mai vista fino ad oggi in un disco protoplanetario, composta da 13 molecole contenenti carbonio fino al benzene. Ciò include la prima rilevazione extrasolare di etano (C2H6), il più grande idrocarburo completamente saturo rilevato al di fuori del nostro Sistema Solare. Poiché si prevede che gli idrocarburi completamente saturi si formino da molecole più basiche, la loro rilevazione qui fornisce ai ricercatori indizi sull’ambiente chimico. Il team ha anche rilevato con successo etilene (C2H4), propino (C3H4) e il radicale metilico CH3, per la prima volta in un disco protoplanetario.
“Queste molecole sono già state rilevate nel nostro Sistema Solare, ad esempio in comete come 67P/Churyumov–Gerasimenko e C/2014 Q2 (Lovejoy)”, aggiunge Arabhavi. “È sorprendente che ora possiamo vedere la danza di queste molecole nelle culle planetarie. È un ambiente di formazione planetaria molto diverso da quello a cui pensiamo di solito”.
Grandi implicazioni
Il team indica che questi risultati hanno grandi implicazioni per l’astrochimica nelle 0,1 au interne e per i pianeti che si formano lì. “Questo è profondamente diverso dalla composizione che vediamo nei dischi attorno a stelle di tipo solare, dove dominano le molecole che contengono ossigeno (come anidride carbonica e acqua)“, ha aggiunto il membro del team Inga Kamp, anche lui dell’Università di Groningen. “Questo oggetto stabilisce che si tratta di una classe unica di oggetti”.
“È incredibile che possiamo rilevare e quantificare la quantità di molecole che conosciamo bene sulla Terra, come il benzene, in un oggetto che si trova a più di 600 anni luce di distanza”, ha aggiunto Agnés Perrin, membro del team del Centre National de la Recherche Scientifique in Francia.
Gli studi futuri
Successivamente, il team scientifico intende espandere il proprio studio a un campione più ampio di tali dischi attorno a stelle di massa molto bassa per sviluppare la propria comprensione di quanto siano comuni tali esotiche regioni di formazione di pianeti terrestri ricche di carbonio. “L’espansione del nostro studio ci consentirà anche di comprendere meglio come queste molecole possono formarsi”, ha spiegato Thomas Henning (Max Planck Institute for Astronomy in Germania), membro del team e del programma MINDS. “Diverse caratteristiche nei dati Webb sono ancora non identificate, quindi è necessaria più spettroscopia per interpretare completamente le nostre osservazioni”.
Questo lavoro evidenzia anche la necessità cruciale per gli scienziati di collaborare tra le discipline. Il team nota che questi risultati e i dati di accompagnamento possono contribuire ad altri campi, tra cui la fisica teorica, la chimica e l’astrochimica, per interpretare gli spettri e per investigare nuove caratteristiche in questa gamma di lunghezze d’onda.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Science.
