Jun Hashimoto (National Astronomical Observatory of Japan) e Ruobing Dong (Princeton University) ha utilizzato lo strumento High Contrast con il Subaru Generation Adaptive Optics (HiCIAO) per osservare ed esaminare PDS 70 (Nota 1), una giovane stella di circa 10 milioni di anni con una massa simile a quella del Sole. Le immagini acquisite dalle osservazioni mostrano chiaramente un divario enorme all'interno del disco protoplanetario, il più grande mai trovato tra le stelle di massa inferiore simili al Sole.
Un disco protoplanetario è dove in genere si formano i pianeti e la forza gravitazionale dei pianeti neonati può spiegare l'enorme divario tra il bordo interno del disco e la stella centrale.
Non puó un singolo pianeta, indipendentemente da quanto sia massiccio, creare un gap gigante. I ricercatori pensano che il divario nel disco protoplanetario di PDS 70 sia imputabile alla nascita di diversi pianeti. Le immagini ad alto contrasto delle osservazioni hanno permesso ai ricercatori di studiare i dettagli del disco, che poi hanno a loro volta permesso di rivelare direttamente il sito di formazione di uno o forse più pianeti.
Il team di ricerca sta ora cercando di individuare quei pianeti.
I dischi protoplanetari si verificano intorno a molte stelle simili al Sole, ma sono composti da gas e polveri che circondano le stelle e forniscono i materiali di cui necessitano i pianeti come la Terra. I ricercatori conducono osservazioni sui dischi protoplanetari per comprendere la loro evoluzione e la formazione dei pianeti al loro interno. I dischi attorno a stelle massicce tendono ad essere più estesi e luminosi, quindi più facili da studiare in dettaglio; le stelle meno massicce pongono una sfida più ardua alla ricerca.
L'obiettivo dell'esplorazione strategica dei pianeti extrasolari e dei dischi con Subaru (SEMI, Nota 2), iniziato nel 2009, è quello di studiare i dischi attorno a stelle meno massicce come il Sole.
Come parte del progetto SEEDS, il team ha scelto di analizzare PDS 70, che si trova nella costellazione del Centauro, a circa 460 anni luce dalla Terra e avente una massa pari al 90% del Sole. La sua età, stimata in circa 10 milioni di anni, la rende una stella molto giovane.
Precedenti osservazioni della distribuzione spettrale dell'energia e con imaging diretta da parte del Very Large Telescope in Cile, hanno suggerito la presenza di un disco, ma i dati non erano in grado di mostrare i dettagli della sua struttura.
Le osservazioni con lo HiCIAO montato sul telescopio Subaru, invece mostrano chiaramente una bassa densità tra PDS 70 ed il bordo interno del disco che lo circonda, con un grande raggio di 70 unità astronomiche (UA, la distanza tra Terra e Sole). La figura in alto mostra una zona più scura in prossimità della stella, il che significa che c'è meno materiale nella zona. Le immagini ad alto contrasto da HiCIAO hanno permesso questa scoperta.
Le enormi dimensioni del gap nel disco attorno a PDS 70 hanno condotto il team a chiedersi come si possa essere formato tale divario. Studiando i dettagli della distribuzione spettrale di energia (riportando la luminosità della luce rispetto lunghezza d'onda) della stessa stella e del disco, hanno trovato un altro disco ad una distanza di solo 1 AU. La figura 2 illustra la struttura a doppio disco. L'interno, molto più piccolo del disco è molto vicino alla stella, ma l'osservazione attuale non mostra chiaramente che una parte di esso, perché è dietro la maschera con cui HiCIAO blocca la luce dalla stella centrale.
Le forze gravitazionali del pianeta (s) incorporati nel disco potrebbero spiegare questo tipo di gap nel disco, perché potrebbero tirare via il materiale da esso. Sarebbe molto difficile per un singolo pianeta creare il divario gigante nel disco intorno PDS 70. Il team di ricerca ritiene che più di un pianeta possa essere responsabile della creazione del vuoto. Tuttavia, individuare questi pianeti è difficile, perché la luce diffusa dal disco può oscurare la luce molto debole emessa dai pianeti.
Figura 2: resa artistica di PDS 70 e dei suoi due dischi protoplanetari, che mostrano il grande divario tra di loro. La forza gravitazionale di diversi pianeti neonati è probabilmente responsabile per lo sviluppo di un enorme divario tra i due dischi. (Credit: NAOJ)
Le immagini ad alto contrasto, rese possibili dalle osservazioni con l'HiCIAO hanno rivelato i sorprendenti dettagli del disco protoplanetario di PDS 70. Il Team leader Hashimoto (NAOJ) ha commentato:
"Grazie alla potente combinazione del telescopio Subaru e HiCIAO, siamo in grado di sondare i dischi intorno a stelle simili al Sole. PDS 70 mostra come potrebbe esser stato il nostro Sistema Solare nella sua infanzia. Vogliamo continuare questo tipo di ricerca per comprendere la storia della formazione planetaria", ha detto il team leader Ruobing Dong (Princeton University) ha poi aggiunto: "L'immagine diretta di pianeti nel processo di formazione di dischi protoplanetari sarebbe l'ideale in modo che ci potrebbe permettere di imparare quando, dove e come i pianeti formano".
Gli scienziati sono consapevoli della sfida posta dal contrasto tra i pianeti molto deboli e le loro stelle. Inoltre, l'elevata attività e variabilità della luce di stelle giovani rende le osservazioni ancora più difficili. Il rilevamento di pianeti giganti è più facile, perché causano più perturbazioni gravitazionale nei dischi. Poiché grandi pianeti creano più ampie lacune nei dischi sono più facili da osservare. "Il nostro studio con SEEDS di sistemi come PDS 70, che ha un divario enorme che potrebbe essere stato scavato da più pianeti giganti, apre un percorso promettente per studiare direttamente la formazione dei pianeti nei dischi" conclude Ruobing.
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