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Rilevato per la prima volta un disco attorno a un pianeta, dal quale nascerà una luna

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This image, taken with the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), in which ESO is a partner, shows wide (left) and close-up (right) views of the moon-forming disc surrounding PDS 70c, a young Jupiter-like planet nearly 400 light-years away. The close-up view shows PDS 70c and its circumplanetary disc centre-front, with the larger circumstellar ring-like disc taking up most of the right-hand side of the image. The star PDS 70 is at the centre of the wide-view image on the left. Two planets have been found in the system, PDS 70c and PDS 70b, the latter not being visible in this image. They have carved a cavity in the circumstellar disc as they gobbled up material from the disc itself, growing in size. In this process, PDS 70c acquired its own circumplanetary disc, which contributes to the growth of the planet and where moons can form. This circumplanetary disc is as large as the Sun-Earth distance and has enough mass to form up to three satellites the size of the Moon. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Benisty et al.

Utilizzando l’Atacama Large Millimetre/submillimeter Array (ALMA), di cui l’Osservatorio europeo meridionale (ESO) è partner, gli astronomi hanno rilevato per la prima volta in modo inequivocabile la presenza di un disco attorno a un pianeta al di fuori del nostro Sistema Solare. Le osservazioni getteranno nuova luce su come si formano le lune e i pianeti nei giovani sistemi stellari.

Un disco circumplanetario

“Il nostro lavoro presenta una chiara rilevazione di un disco in cui potrebbero formarsi dei satelliti”, afferma Myriam Benisty, ricercatrice dell’Università di Grenoble, in Francia, e dell’Università del Cile, che ha guidato la nuova ricerca pubblicata nelle scorse settimane su The Astrophysical Journal Letter. “Le nostre osservazioni ALMA sono state ottenute con una risoluzione così squisita che abbiamo potuto identificare chiaramente che il disco è associato al pianeta e siamo in grado di limitarne le dimensioni per la prima volta”, aggiunge.

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Il disco in questione, chiamato disco circumplanetario, circonda l’esopianeta PDS 70c, uno dei due pianeti giganti, simili a Giove, in orbita attorno a una stella a circa 400 anni luce di distanza. Gli astronomi avevano già trovato indizi di un disco di formazione di una luna attorno a questo esopianeta ma, dal momento che non lo potevano distinguere chiaramente dall’ambiente circostante, non hanno potuto confermare il suo rilevamento, fino ad ora.

Inoltre, con l’aiuto di ALMA, Benisty e la sua squadra hanno scoperto che il disco ha circa lo stesso diametro della distanza dal nostro Sole alla Terra e una massa sufficiente per formare fino a tre satelliti delle dimensioni della Luna.

Come si formano le lune

I risultati ottenuti non sono solo la chiave per scoprire come si formano le lune. “Queste nuove osservazioni sono anche estremamente importanti per dimostrare teorie sulla formazione dei pianeti, che non potevano essere testate fino ad ora”, afferma Jaehan Bae, ricercatore dell’Earth and Planets Laboratory del Carnegie Institution for Science, e autore dello studio.

I pianeti si formano in dischi polverosi attorno a giovani stelle, scavando cavità mentre divorano materiale da questo disco circumstellare per crescere. In questo processo, un pianeta può acquisire il proprio disco circumplanetario, che contribuisce alla crescita del pianeta regolando la quantità di materiale che cade su di esso. Allo stesso tempo, il gas e la polvere nel disco circumplanetario possono unirsi in corpi progressivamente più grandi attraverso molteplici collisioni, portando infine alla nascita di lune.

Gli astronomi non comprendono però ancora appieno i dettagli di questi processi. “In breve, non è ancora chiaro quando, dove e come si formano i pianeti e le lune”, spiega Stefano Facchini, ricercatore dell’ESO, anche lui coinvolto nella ricerca.

“Finora sono stati trovati più di 4.000 esopianeti, ma tutti sono stati rilevati in sistemi maturi. PDS 70b e PDS 70c, che formano un sistema che ricorda la coppia Giove-Saturno, sono gli unici due esopianeti rilevati finora che sono ancora in fase di formazione”, spiega Miriam Keppler, ricercatrice presso il Max Planck Institute for Astronomy in Germania e uno dei coautori dello studio.

“Questo sistema ci offre quindi un’opportunità unica per osservare e studiare i processi di formazione di pianeti e satelliti”, aggiunge Facchini.

Una comprensione profonda del sistema planetario

PDS 70b e PDS 70c, i due pianeti che compongono il sistema, sono stati scoperti per la prima volta utilizzando il Very Large Telescope (VLT) dell’ESO rispettivamente nel 2018 e nel 2019, da allora sono stati osservati molte volte con altri telescopi e strumenti.

Le ultime osservazioni ALMA ad alta risoluzione hanno ora permesso agli astronomi di ottenere ulteriori informazioni sul sistema. Oltre a confermare il rilevamento del disco circumplanetario intorno al PDS 70c e a studiarne le dimensioni e la massa, hanno scoperto che il PDS 70b non mostra una chiara evidenza di tale disco, indicando che è stato privato della polvere dal suo ambiente di nascita da PDS 70c.

Una comprensione ancora più profonda del sistema planetario sarà raggiunta con l’Extremely Large Telescope (ELT) dell’ESO, attualmente in costruzione sul Cerro Armazones nel deserto cileno di Atacama. “L’ELT sarà fondamentale per questa ricerca poiché, con la sua risoluzione molto più elevata, saremo in grado di mappare il sistema in modo molto dettagliato”, afferma il coautore Richard Teague, ricercatore presso il Center for Astrophysics, Harvard e Smithsonian, negli Stati Uniti. In particolare, utilizzando il Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph (METIS) dell’ELT, il gruppo sarà in grado di osservare i movimenti del gas intorno al PDS 70c per ottenere un’immagine 3D completa del sistema.

 

 

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