Un giovane Sole con anelli di ghiaccio è l’ultima importante scoperta del James Webb
Non solo enormi quantità di vapor d’acqua ma anche di acqua ghiacciata. E’ questa l’ultima scoperta del telescopio James Webb. Si tratta di enormi riserve d’acqua disponibili nella formazione degli esopianeti.
C’è acqua nelle regioni circumstellari, cioè nell’ambiente che circonda le stelle?
Per anni solo sospetti che ce ne fosse, ma nessuna certezza. Solo recentemente, i radiotelescopi hanno scoperto enormi quantità di vapore d’acqua, addirittura “oceani di vapor d’acqua” all’interno dei dischi protoplanetari. E’ il caso, ad esempio, della giovane stella HL Tau di cui abbiamo parlato in un nostro articolo. Si tratta di enormi riserve di acqua, allo stato gassoso, disponibili come ingrediente fondamentale nella formazione dei pianeti.
Tuttavia, finora si era riusciti ad osservare solo acqua allo stato gassoso, non allo stato liquido né allo stato solido sotto forma di ghiaccio.
Oggi abbiamo la certezza che attorno alla stella HD181327 esiste un anello di detriti rocciosi ricco di cristalli d'acqua ghiacciati o, se vogliamo, una sorta di anello costituito oltre che di rocce anche di piccole palle di neve sporca di polvere.
E’ stato il telescopio James Webb a scoprire in modo inequivocabile la presenza di cristalli di acqua ghiacciata attorno alla stella HD181327 e distribuiti all’interno di quello che viene definito un disco di detriti o, col termine inglese un “debris disc”.
Da decenni si sospettava la presenza di acqua ghiacciata nelle regioni più esterne attorno ad altre stelle oltre al Sole. Tuttavia, mai erano state ottenute prove concrete della sua esistenza.
Da dove provengono questi cristalli di ghiaccio
Quello che ha osservato James Webb è il "giovane" analogo della fascia di Kuiper.
La fascia di Kuiper è una delle strutture più esterne del Sistema Solare, posizionata oltre l’orbita di Nettuno. E’ composta di numerosissimi corpi rocciosi le cui dimensioni vanno dai metri alle centinaia di metri tra cui Plutone è quello di dimensioni maggiori.
Queste rocce sono prevalentemente ghiacciate. Per ghiaccio si intendono molecole allo stato solido soprattutto di anidride carbonica (il cosiddetto ghiaccio secco) e di metano.
Strutture simili alla fascia di Kuiper, costituite di detriti rocciosi ghiacciati, vengono osservate attorno a stelle simili al Sole. Si ritiene che, come la fascia di Kuiper, si siano formate all’epoca della formazione della stella attorno alla quale orbitano e non si siano più evolute, rimanendo una sorta di fossile testimone delle prime fasi di formazione della stella.
Nel caso della Stella HD181327, questo anello di detriti è molto attivo, nel senso che avvengono continuamente numerosi urti il cui effetto è quello di frantumare e polverizzare le rocce ghiacciate. E’ proprio grazie a questi urti che l’acqua ghiacciata presente nei detriti ha formato una vera e propria nube di cristalli di ghiaccio.
Come sono stati osservati i cristalli di ghiaccio
Lo spettrografo a bordo del telescopio James Webb, il NIRSpec (Near Infrared Spectrograph), ha capacità uniche di studiare la composizione chimica di ambienti molto distanti dalla Terra. Quindi, riesce a studiare la composizione chimica delle atmosfere degli esopianeti, dei dischi protoplanetari e, come nel caso di HD181327, anche nei dischi di detriti.
Negli spettri della fascia di detriti ottenuti dal telescopio è stata rivelata la presenza di cristalli di acqua.
È la prima volta che viene scoperta la presenza (abbondante) di cristalli d'acqua attorno ad una stella diversa dal Sole e concentrati nella sua fascia di Kuiper.
L'acqua è un ingrediente importante nell'evoluzione dei dischi protostellari e nella formazione in essi dei pianeti. Oggi sappiamo che tra vapore d’acqua nelle regioni più vicine della stella e acqua ghiacciata nelle regioni più esterne, i giovani pianeti che si vanno formando attorno alle stelle dispongono di enormi riserve d’acqua. Parte di questa acqua entra nella composizione del pianeta durante la sua formazione altra vi precipita trasportata dalle esocomete presenti nei loro "debris disc".
La scoperta dei cristalli d'acqua apre nuove strade alla comprensione di questi meccanismi di formazione.
Riferimenti allo studio:
"Water ice in the debris disk around HD 181327" Xie, C., Chen, C.H., Lisse, C.M. et al. Nature 641, 608–611 (2025)