Le osservazioni combinate del James Webb Space Telescope (JWST) e dell’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hanno portato a una scoperta straordinaria: la rilevazione diretta di un disco gassoso attorno a una giovane stella, HOPS-315, situata nella nube molecolare di Orione B a circa 420 parsec dalla Terra. Questa scoperta, pubblicata su Nature, rappresenta una finestra privilegiata sui primi istanti della formazione planetaria, un momento che gli autori definiscono come il “tempo zero” per la nascita dei pianeti. Secondo i modelli teorici, i pianeti rocciosi e i piccoli corpi del Sistema Solare si sarebbero formati dalla commistione di solidi interstellari con particelle rocciose condensate dal gas caldo che circonda una giovane stella in fase di raffreddamento. Tuttavia, i dettagli dei processi fisici e chimici che portano a questo assemblaggio rimangono poco chiari. La rilevazione di HOPS-315 offre una rara opportunità per studiare direttamente queste condizioni.
La scoperta: solidi refrattari che condensano dal gas
Il team guidato da Melissa McClure ha osservato HOPS-315 con le spettroscopie a infrarossi e millimetriche di JWST e ALMA, rivelando la presenza di gas di monossido di silicio (SiO) caldo e di minerali silicatici cristallini come forsterite (Mg₂SiO₄), enstatite (MgSiO₃) e tracce di silice (SiO₂). Questi solidi refrattari si sono formati nella parte interna del disco, a meno di 2,2 unità astronomiche (au) dalla stella. Questi materiali sono simili ai cosiddetti CAI (inclusioni ricche in calcio e alluminio) e agli AOA (aggregati di olivina ameboidi) rinvenuti nei meteoriti primitivi del Sistema Solare. Il processo osservato sembra infatti replicare le condizioni del disco protoplanetario che ha dato origine al nostro sistema.
Il “termostato” del disco: una fabbrica di pianeti
Un elemento chiave della scoperta è il “termostato” del disco proposto nei modelli teorici: una regione ad alta pressione situata vicino all’equatore del disco (circa 1 au dalla stella), dove la temperatura (intorno ai 1.300 K) è sufficientemente elevata da vaporizzare i silicati interstellari. Durante il raffreddamento successivo, questi vapori di SiO ricondensano formando nuovi grani cristallini. Le osservazioni mostrano che il gas di SiO si muove verso l’alto, allontanandosi dal termostato e condensando in uno strato più freddo del disco. Questo meccanismo di trasporto verticale è fondamentale per comprendere la formazione dei primi solidi refrattari e, successivamente, dei planetesimi.
Analisi e implicazioni cosmologiche
L’analisi spettrale condotta con il software ENIIGMA ha evidenziato la presenza significativa di minerali cristallini nel range 7,75–13,2 μm, in particolare forsterite ed enstatite, con una rilevazione tentativa di silice al livello di confidenza del 3σ. Questi dati suggeriscono che, come nel Sistema Solare primitivo, anche in HOPS-315 la condensazione dei solidi avvenga in sequenza: prima i minerali più refrattari e successivamente quelli meno resistenti al calore.
La giovane età di HOPS-315 (circa 0,135 milioni di anni) è compatibile con i tempi stimati per la formazione dei CAI e degli AOA nel Sistema Solare. Ciò rafforza l’ipotesi che stiamo osservando un momento evolutivo comune nelle giovani stelle.
Una finestra unica sul passato del Sistema Solare
La combinazione di dati ad altissima risoluzione provenienti da JWST e ALMA consente di mappare la chimica e la dinamica del disco con un dettaglio senza precedenti. Questa scoperta non solo getta luce sui primi stadi della formazione planetaria, ma apre anche nuove domande sul ruolo dei flussi verticali e delle “trappole di ciottoli” nella crescita dei planetesimi. Futuri studi su HOPS-315 chiariranno la natura della formazione dei pianeti rocciosi.
Questa è HOPS-315, una stella neonata in cui gli astronomi hanno osservato prove delle prime fasi della formazione planetaria. L’immagine è stata scattata con l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), di cui l’ESO è partner. Insieme ai dati del James Webb Space Telescope (JWST), queste osservazioni mostrano che i minerali caldi stanno iniziando a solidificarsi.
In arancione vediamo la distribuzione del monossido di carbonio, che si allontana dalla stella in un vento a forma di farfalla. In blu vediamo uno stretto getto di monossido di silicio, anch’esso irradiato dalla stella. Questi venti e getti gassosi sono comuni intorno a stelle neonate come HOPS-315.
Insieme, le osservazioni di ALMA e JWST indicano che, oltre a queste caratteristiche, attorno alla stella è presente anche un disco di monossido di silicio gassoso che si sta condensando in silicati solidi, ovvero le prime fasi della formazione planetaria.
Credito:
ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/M. McClure et al.
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