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Webb della NASA offre un corso intensivo sulle collisioni devastanti

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Nella storia iniziale del nostro sistema solare, gli scienziati teorizzano che un oggetto grande quanto Marte chiamato Theia si sia schiantato contro la neonata Terra, vaporizzando enormi quantità di roccia e lanciandola nello spazio. Parte di quel materiale si è coagulato nella Luna, dove il programma Artemis della NASA sta riportando esseri umani, preparandosi per Marte e plasmando il futuro dell'esplorazione spaziale.

Quella collisione violenta e lontana ha rimodellato il nostro pianeta natale. Gli astronomi hanno utilizzato il telescopio spaziale James Webb della NASA per esaminare una classe di giovani sistemi stellari che mostrano segni di sconvolgimenti simili, fornendo indizi sulla quantità di energia nelle loro collisioni. I risultati offrono spunti sulla composizione e l'evoluzione di questi sistemi caotici.

I risultati del team sono stati pubblicati giovedì su The Astrophysical Journal.

L'ambiente che circonda una stella cambia con l'età, iniziando con un disco protoplanetario giovanile ricco di gas dove possono risiedere pianeti in formazione, prima di evolversi in un disco di detriti povero di gas. Durante la sua missione, il telescopio spaziale Spitzer della NASA ha esaminato lo stadio del disco di detriti e ha scoperto una sottoclasse chiamata dischi estremi di detriti. Questi sistemi ospitano quantità insolitamente grandi di polvere calda vicino alla stella, nella regione paragonabile a dove orbitano i pianeti rocciosi nel nostro sistema solare. Un team di astronomi guidato da Kate Su dell'Istituto di Scienze Spaziali di Boulder, Colorado, ha indagato questi oggetti intriganti insieme a Webb.

Contrariamente alle previsioni teoriche, che suggeriscono che dovremmo osservare molti dischi di detriti estremi, le osservazioni indicano che questi ambienti sono rari. Gli scienziati stimano che solo l'1% delle stelle giovani mostri firme osservabili di questa fase basandosi sui dati raccolti finora, incluso possibilmente il nostro sistema solare durante la sua formazione. Nonostante la loro rarità, il team è riuscito a compilare un campione di 21 dischi di detriti estremi, inclusi cinque dai dati d'archivio di Spitzer e 16 da Webb, con 12 dischi appena osservati e osservazioni di follow-up su quattro di quelli di Spitzer.

"Questa è la prima volta che abbiamo raccolto abbastanza sistemi per comprendere davvero questa sottoclasse che chiamiamo dischi di detriti estremi," ha detto Su, autore principale dell'articolo. "Prima di Webb, avevamo informazioni limitate. Sapevamo che sono strani e molto diversi dai tipici dischi di detriti freddi che conosciamo, come Vega e Fomalhaut. Ora che abbiamo più dati, possiamo definire cosa rappresentano questi dischi per la formazione e l'evoluzione dei pianeti."

Il team ha confermato che i dischi di detriti estremi condividono tre proprietà chiave: granelli di polvere più piccoli rispetto a quelli dei dischi di detriti protoplanetari o classici, un'alta concentrazione di polvere calda e variazioni irregolari di luminosità, tutte rivelate dagli spettri del medio infrarosso di Webb e Spitzer.

Per determinare il fattore trainante di queste qualità, il team ha studiato la composizione mineralogica dei dischi. Hanno scoperto che il loro campione poteva essere classificato in dischi ricchi di silice e poveri di silice. Il vetro vulcanico come l'ossidiana è un esempio di materiale ricco di silice trovato sulla Terra, mentre il minerale forsterite, povero di silice, appare come grani di sabbia verde su alcune spiagge delle Hawaii. La categoria di un disco di detriti estremi trasmette informazioni sul tipo di collisioni che producono i detriti d'impatto e può aiutare a spiegare la sua variabilità nella luminosità infrarossa.

"Vedere semplicemente la loro emissione nel medio infrarosso e le bellissime caratteristiche spettrali con Webb, che ci hanno permesso di identificarne le composizioni, è stata la cosa più entusiasmante per me", ha detto Agnes Kospal dell'Osservatorio Konkoly di Budapest, Ungheria, e coautrice dello studio. "Non abbiamo altro modo per studiare direttamente questi embrioni planetari perché sono troppo piccoli."

Del loro campione, circa un terzo è ricco di silice, suggerendo che questi dischi sono prodotti da impatti ad alta energia tra corpi delle dimensioni di Marte, dove una parte significativa del materiale viene vaporizzata. I restanti due terzi del campione sono poveri di silice, indicando che le collisioni avvengono su scale più piccole, come il raso, tra oggetti delle dimensioni della Luna. I dischi ricchi di silice si trovano solo intorno a stelle più giovani di 300 milioni di anni, mentre i dischi poveri di silice persistono in un'ampia gamma di età e spesso mostrano una maggiore variabilità luminosa. Il team propone che questa variabilità sia guidata dalla rapida evoluzione di detriti freschi attraverso cambiamenti orbitali e impatti aggiuntivi.

Le loro scoperte possono essere applicate al nostro sistema solare, che potrebbe aver sperimentato più di una fase estrema del disco di detriti.

"Come si sono formati i pianeti rocciosi e come si sono evoluti i pianeti giganti fanno parte della storia più ampia della formazione del sistema solare. È tutta una storia," ha detto Su. "Il nostro lavoro sui dischi di detriti estremi ci aiuta a mettere insieme il quadro generale di ciò che comprendiamo attualmente."

Le simulazioni suggeriscono che pianeti terrestri, come la Terra, dovrebbero formarsi entro i primi centinaia di milioni di anni dalla formazione di un sistema solare. Questo periodo si inserisce nelle età dei dischi di detriti estremi ricchi di silice osservati finora e si allinea con la stima che la Terra e la Luna si siano formate circa 100 milioni di anni dopo la formazione del Sole, con la Luna probabilmente il risultato di una collisione tra la Terra e un oggetto grande quanto Marte.

Per quanto riguarda se il nostro Sole abbia subito una fase di disco estremo povera di silice, se dischi più vecchi e i loro intervalli casuali di luminosità infrarossa riflettessero instabilità orbitale, ciò sarebbe in linea di massima con l'ipotesi del Late Heavy Bombardment per il nostro sistema solare. In quello scenario, i pianeti giganti gassosi migrarono per distanze significative, disturbando gravitazionalmente le orbite di corpi più piccoli e scatenando collisioni catastrofiche che generarono le fasi di breve durata e ricche di polvere osservate nei dischi di detriti estremi.

"Certo, ci sono molte cose che ancora non sappiamo su questi dischi," ha detto Attila Moor dell'Osservatorio Konkoly, coautore dello studio. "Non ci aspettiamo sistemi ricchi di silice tra i vecchi dischi di detriti estremi. Abbiamo solo tre dischi nel nostro campione che soddisfano quei criteri di età, quindi sarà utile osservare altri di questi sistemi per confermare la nostra ipotesi."

Il James Webb Space Telescope è il principale osservatorio di scienze spaziali al mondo. Webb sta risolvendo misteri nel nostro sistema solare, guardando oltre, verso mondi lontani intorno ad altre stelle, e indagando sulle misteriose strutture e origini del nostro universo e del nostro posto in esso. Webb è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner, ESA (Agenzia Spaziale Europea) e CSA (Agenzia Spaziale Canadese).

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Fonte: NASA · Comunicato originale

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