Gli astronomi canadesi hanno compiuto un passo straordinario nella comprensione di come nascono i pianeti, utilizzando il telescopio spaziale James Webb (JWST). Il JWST è stato utilizzato per studiare PDS 70, una giovane stella con due pianeti in crescita nella sua orbita. Questo straordinario sistema, situato a 370 anni luce di distanza, offre agli scienziati una rara possibilità di vedere come si formano ed evolvono i pianeti durante le loro prime fasi di sviluppo. Questo nuovo studio, guidato dalla dottoranda dell’Università di Victoria Dori Blakely e da un team internazionale di ricercatori, ha utilizzato un approccio creativo con gli strumenti unici del JWST per scoprire dettagli sui pianeti e sul disco vorticoso di gas e polvere in cui si stanno formando.
Pubblicati su The Astronomical Journal, i risultati offrono una nuova prospettiva su come i pianeti crescono nel tempo, competendo con le loro stelle madri per il materiale.
Una giovane stella e il suo vivaio planetario
PDS 70 è una giovane stella, ha solo circa 5 milioni di anni, praticamente una neonata rispetto al nostro Sole di 4,6 miliardi di anni. Attorno c’è un disco di gas e polvere, appiattito come un pancake, con un grande spazio vuoto al centro dove stanno prendendo forma due pianeti, PDS 70 b e PDS 70 c. Questo spazio vuoto è una zona di costruzione planetaria, dove nuovi mondi stanno raccogliendo materiale per crescere di più.
“Stiamo vedendo istantanee delle prime fasi della crescita planetaria, che ci mostrano cosa succede quando i mondi competono per la sopravvivenza nel loro vivaio cosmico. Ciò che è notevole è che possiamo vedere non solo i pianeti stessi, ma anche il processo stesso della loro formazione: stanno competendo con la loro stella e tra loro per il gas e la polvere di cui hanno bisogno per crescere“, afferma Dori Blakely, autore principale dello studio.
Un nuovo modo di cercare pianeti con JWST
Per ottenere una visione così chiara dei pianeti e del disco, il team ha utilizzato il Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) del JWST in modalità Aperture Masking Interferometry (AMI). Hanno posizionato una maschera speciale con diversi piccoli fori sul telescopio, che ha permesso a una piccola frazione (circa il 15%) della luce di passare e interferire, creando modelli sovrapposti, simili al modo in cui le increspature di due ciottoli interagiscono sulla superficie dell’acqua. Analizzando questi modelli, hanno potuto “vedere” i dettagli nascosti del sistema con straordinaria precisione.
Questo approccio ha permesso al team di scoprire caratteristiche che le immagini tradizionali del telescopio non riescono a rilevare, rendendo questo studio una prova di concetto rivoluzionaria per tali osservazioni con il potente telescopio spaziale. Con la sua capacità di vedere dettagli a un livello mai raggiunto prima, il JWST sta rivoluzionando il modo in cui studiamo i pianeti e le loro origini.
“Questo lavoro mostra come JWST può fare qualcosa di completamente nuovo“, ha aggiunto il Dott. Loïc Albert di IREx, scienziato dello strumento NIRISS del JWST. “Stiamo utilizzando tecniche innovative per osservare i pianeti in modi mai visti prima“.
Pianeti in crescita ancora in costruzione
Le osservazioni del JWST hanno confermato la presenza di due pianeti giganti ancora in fase di formazione. Questi pianeti stanno attirando materiale dal disco. I ricercatori hanno misurato la luce dei pianeti nel medio infrarosso utilizzando lo strumento NIRISS del JWST e hanno determinato che entrambi i pianeti sembrano accumulare gas, una fase critica del loro sviluppo. Le forti firme di rilevamento di PDS 70 b e PDS 70 c hanno consentito misurazioni precise della loro luminosità e posizione.
Queste scoperte forniscono una prova diretta che i pianeti stanno ancora crescendo e competono con la loro stella madre per il materiale nel disco, supportando l’idea che i pianeti si formino attraverso un processo di “accrescimento“, estraendo gradualmente massa dal gas e dalla polvere che li circondano. Questa rara istantanea di pianeti durante la loro fase di crescita può aiutare gli scienziati a capire come pianeti come Giove e Saturno potrebbero essersi formati nel nostro Sistema Solare.
“Queste osservazioni ci danno un’incredibile opportunità di assistere alla formazione dei pianeti mentre avviene. Vedere i pianeti nell’atto di accrescimento del materiale ci aiuta a rispondere a domande di lunga data su come si formano ed evolvono i sistemi planetari. È come guardare un sistema solare che si costruisce davanti ai nostri occhi“, afferma Doug Johnstone, responsabile della ricerca presso l’Herzberg Astronomy and Astrophysics Research Centre del National Research Council of Canada (NRC).
Indizi su “lune in formazione”
I dati suggeriscono anche che i pianeti potrebbero avere anelli di materiale attorno a loro chiamati dischi circumplanetari. Questi dischi potrebbero essere dove si stanno formando le lune, come quelle che orbitano attorno a Giove e Saturno oggi.
Le precedenti osservazioni di PDS 70 b e PDS 70 c a lunghezze d’onda più corte erano ampiamente spiegate da modelli originariamente progettati per stelle di piccola massa e nane brune. Tuttavia, le nuove osservazioni del JWST, effettuate alle lunghezze d’onda più lunghe mai utilizzate per studiare questi pianeti, hanno rivelato una luce extra che non poteva essere completamente spiegata da questi modelli.
Questa luce extra suggerisce la presenza di materiale caldo che circonda i pianeti, probabilmente da dischi di materiale che si accrescono attivamente sui pianeti. Questa nuova prova rafforza il caso dei dischi circumplanetari, che si ritiene svolgano un ruolo fondamentale nella formazione di sistemi di lune e nella crescita dei pianeti.
Un passo avanti per la scienza planetaria
Le scoperte in PDS 70 forniscono agli astronomi un quadro più chiaro di come pianeti e stelle si formano ed evolvono insieme. Osservando questi pianeti crescere e interagire con il loro ambiente, gli scienziati stanno imparando come si formano i sistemi planetari, come il nostro. “È come vedere una foto di famiglia del nostro Sistema Solare quando era solo un bambino”, ha detto Blakely. “È incredibile pensare a quanto possiamo imparare da un sistema”.
Cosa c’è in serbo per PDS 70?
Forse la scoperta più intrigante è stata la rilevazione di una debole fonte di luce non risolta all’interno dello spazio vuoto del disco protoplanetario. Sebbene la natura di questa emissione non sia chiara, potrebbe rappresentare una struttura come un braccio a spirale di gas e polvere, o persino un terzo pianeta che si sta formando nel sistema.
Le osservazioni di follow-up con gli altri strumenti del JWST, tra cui MIRI e NIRCam, saranno fondamentali per confermare se il bagliore è un nuovo pianeta, una caratteristica del disco o qualcosa di completamente inaspettato.
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