Nuove immagini del telescopio ALMA rivelano che i pianeti iniziano a formarsi quasi contemporaneamente alle stelle
Più eclatante la scoperta o la tecnica utilizzata? Parliamo della scoperta “postuma”, grazie ad un’innovativa tecnica, di tracce di pianeti già presenti mentre le stelle si stanno ancora formando.
Parliamo di un interessante caso scientifico. Il telescopio ALMA all'Osservatorio Europea Australe (ESO) aveva osservato i dischi di giovani stelle. Le immagini raccolte contenevano tracce della nascita dei pianeti, ma non eravamo ancora capaci di estrarre queste preziosissime informazioni.
La nascita degli esopianeti
La nascita di un pianeta è il risultato di un lungo processo che per centinaia di migliaia di anni rimane invisibile. Da un canto, questo processo avviene all’interno di un denso disco (protoplanetario) di polveri e gas che lo tengono celato alla vista.
D'altro canto, le dimensioni e la luminosità del pianeta in via di formazione sono così piccole da venire nascoste dal bagliore enormemente più grande della stella madre, anch’essa in fase di formazione.
Solo dopo centinaia o anche milioni di anni, il pianeta finalmente diventa visibile, riuscendo ad emergere dalla coltre di polveri e gas del disco protoplanetario. Quest'ultimo, nel frattempo, si è notevolmente assottigliato, in parte perché precipitato letteralmente sulla stella, in parte perché disperso nello spazio interstellare.
Pur tuttavia, già nelle fasi precoci della formazione, il pianeta, pur rimanendo invisibile, produce delle tracce che, inequivocabilmente, ne svelano la presenza. Si tratta di "orme" che essendo molto grandi possono essere osservate, molto prima che lo stesso pianeta diventi visibile.
Le impronte sui dischi protoplanetari
Già da tempo, da quando i telescopi hanno raggiunto poteri risolutivi elevati, si è notato che nei dischi stellari di giovanissime stelle sono presenti diversi tipi di strutture.
Le maggiori risoluzioni spaziali con telescopi da Terra sono state ottenute dalle reti di radiotelescopi, usando una speciale tecnica detta “interferometrica”.
Osservando nel dettaglio i dischi protostellari, cioè i dischi di polveri e gas che circondano e ruotano attorno alle stelle appena nate, si osservano delle disomogeneità quali, ad esempio, bracci di spirale, anelli tra loro disallineati, gaps, cioè ragioni concentriche prive o povere di gas e polvere.
Aiutandosi con simulazioni numeriche, gli astronomi hanno scoperto che tutte queste disomogeneità - le orme di cui stiamo parlando - possono essere spiegate dalla presenza di pianeti e dalla loro azione gravitazionale.
Quando un pianeta orbita attorno alla propria stella (descrivendo generalmente una ellissi) nel suo moto cattura o allontana il gas e le polveri che si trovano lungo il suo percorso. In questo modo esso letteralmente scava un solco, o come si ama dire, scolpisce un’impronta nel disco (il cosiddetto gap) che, a differenza del pianeta di piccolissime dimensione, è una macro-struttura ben visibile ai telescopi.
Oppure, la presenza di più pianeti in formazione può redistribuire le polveri e i gas in più anelli che, a seconda delle orbite e delle dimensioni dei pianeti, possono essere tra loro più o meno disallineati e anche questi visibili.
La correttezza di questa ipotesi, cioè la presenza di pianeti come causa di queste impronte, è stata più volte confermata dalla scoperta di pianeti, proprio lì dove ci si aspettava sulla base delle simulazioni.
La recente scoperta “postuma” con la super-risoluzione
Ciò che ora presentiamo è veramente interessante sotto due aspetti. Un team di ricercatori ha presentato i risultati di uno studio sui dischi protoplanetari sulla rivista Publication of the Astronomical Society of Japan, a prima firma di Ayumu Shoshi del Dipartimento della Terra e delle Scienze Planetarie della Kyushu University in Giappone.
Osservando un campione di stelle giovanissime nella regione di formazione stellare nella costellazione di Ofiuco ("il serpentario") hanno visto che le “orme” della presenza di pianeti in formazione compaiono già nei dischi di stelle di età ben inferiore al milione di anni.
Questa evidenza suggerisce come la nascita delle stelle e della loro coorte di pianeti è pressoché contemporanea, a differenza di quanto si riteneva che la formazione planetaria avvenisse in fase successiva.
L’altro aspetto, forse ancora più interessante per le enormi opportunità che offrirà in futuro, riguarda il come sono stati ottenuti questi risultati. L’eccezionalità (almeno agli occhi degli astronomi) è che il team di Ayumu Shoshi non ha effettuato nessuna nuova osservazione!
Piuttosto, andando a selezionare immagini di archivio ottenute negli scorsi anni con il telescopio ALMA dell’ESO (European Southern Observatory), hanno implementato una nuova tecnica di riduzione ed analisi, che hanno chiamato “imaging a super-risoluzione”. Partendo dalle immagini originali ottenute da ALMA hanno ottenuto nuove immagini ad altissima risoluzione.
In queste nuove immagini opportunamente rielaborate, in cui prima si vedevano solo i dischi, ora si notano tantissime strutture, appunto le “orme” che prima c'erano ma erano rimaste assolutamente nascoste.
Una volta testata l'efficacia di questa tecnica di super-risoluzione, il team di ricerca la andrà ad applicare ad altre immagini di archivio, recuperando altre preziose informazioni ancora in attesa di essere svelate.
Riferimenti allo studio
“ALMA 2D super-resolution imaging survey of Ophiuchus Class I/flat spectrum/II" The Publications of the Astronomical Society of Japan on April 22, 2025, as Ayumu Shoshi et al. https://doi.org/10.1093/pasj/psaf026