HD 181327: JWST conferma la presenza di volatili idrati in un sistema protoplanetario

Con l’ausilio del telescopio spaziale James Webb (JWST), astronomi della Johns Hopkins University (JHU) e di altri istituti hanno rilevato la presenza di ghiaccio d’acqua in un disco di detriti attorno a HD 181327, una giovane stella situata a meno di 160 anni luce dalla Terra.

Stella HD 181327: rilevato in un disco di detriti attorno ad essa

I dischi di detriti sono aggregati di corpi celesti minori che orbitano attorno alle stelle, includendo asteroidi, oggetti della fascia di Kuiper, comete e persino polveri micrometriche. L’osservazione di questi dischi è cruciale per comprendere l’evoluzione dei sistemi planetari e la composizione di polvere, comete e planetesimi al di fuori del nostro sistema solare.

Dato il ruolo fondamentale dell’acqua nella formazione di pianeti e corpi minori, gli astronomi ne cercano attivamente la presenza anche nei dischi di detriti extrasolari. Nonostante la comune rilevazione di ghiaccio d’acqua negli oggetti della fascia di Kuiper e nelle comete del sistema solare, finora non era stata trovata alcuna prova definitiva della sua presenza in dischi di detriti al di fuori del nostro vicinato cosmico.

Un recente studio, condotto da un team di astronomi guidato da Chen Xie della JHU, ha confermato la scoperta di ghiaccio d’acqua nel disco di detriti di HD 181327, una stella di tipo F6 distante circa 155,5 anni luce. Questa rilevazione è stata possibile grazie all’utilizzo dello spettrografo nel vicino infrarosso (NIRSpec) del JWST. I ricercatori hanno dichiarato nell’articolo: “Qui segnaliamo la scoperta di ghiaccio d’acqua nel disco HD 181327 utilizzando lo spettrografo nel vicino infrarosso del telescopio spaziale James Webb“.

Il disco si estende per circa 84 UA con una larghezza di circa 25 UA. Precedenti osservazioni di questo disco avevano già identificato la presenza di planetesimi ricchi di volatili, simili a comete e oggetti della fascia di Kuiper. Questo, unito alla relativa giovane età della stella, stimata in 18,5 milioni di anni, rende il disco un giovane analogo della fascia di Kuiper e, di conseguenza, un ambiente ideale per la ricerca di ghiaccio d’acqua.

La rilevazione del picco di Fresnel

Il team di Chen Xie ha osservato che lo spettro di riflettanza del disco di HD 181327, nella regione tra 90 e 105 Unità Astronomiche (UA), mostra un’ampia inclinazione a forma di ciotola tra 2,7 e 3,4 µm. Questa caratteristica è coerente con la firma spettrale del ghiaccio d’acqua a 3 µm.

In aggiunta, gli astronomi hanno rilevato un picco stretto e intenso a 3,1 µm sia nello spettro del disco che nel suo spettro di riflettanza. Questo picco è stato attribuito al picco di Fresnel del ghiaccio d’acqua, un fenomeno già osservato negli spettri degli anelli di Saturno e degli oggetti della fascia di Kuiper. Come spiegato dagli astronomi: “La presenza del picco di Fresnel è indicativa di un effetto di lente rifrattiva dovuto alla forma cristallina di particelle di ghiaccio d’acqua di grandi dimensioni (vale a dire >1 mm)”.

Basandosi su queste nuove scoperte, gli scienziati hanno concluso che il disco di detriti di HD 181327 ospita una significativa riserva di ghiaccio d’acqua. Questa riserva è ricca di materiali tipicamente presenti nei corpi ghiacciati che si trovano nelle regioni più esterne del nostro sistema solare, fornendo ulteriori indizi sulla composizione di sistemi planetari extrasolari.

Una composizione complessa: solfuro di ferro e olivina

Le recenti misurazioni del disco di detriti attorno a HD 181327 hanno rivelato un’abbondanza significativa di ghiaccio d’acqua nella sua porzione più esterna, con una frazione di massa che raggiunge il 13,9%. Questo dato è notevole e suggerisce una riserva cospicua di materiali volatili in questa regione extrasolare. Oltre all’entità della sua presenza, lo studio ha anche evidenziato la natura altamente dinamica di questo disco.

Le particelle di ghiaccio, sebbene di dimensioni micrometriche, non sono statiche, ma vengono continuamente create e distrutte. Questo processo suggerisce un ambiente attivo, dove le interazioni tra i corpi celesti e la polvere generano un ciclo perpetuo di formazione e sublimazione del ghiaccio. Tale dinamismo offre spunti preziosi per comprendere i meccanismi che modellano i dischi di detriti e, per estensione, i sistemi planetari in formazione.

Al di là della scoperta del ghiaccio d’acqua, l’analisi approfondita del disco di HD 181327 ha rivelato la presenza di altri composti significativi: il solfuro di ferro e l’olivina. Questi rilevamenti arricchiscono ulteriormente il quadro della composizione di questo disco di detriti. Gli autori dell’articolo hanno sottolineato che il solfuro di ferro è un materiale comunemente riscontrato in campioni di micrometeoriti e comete nel nostro Sistema Solare. La sua presenza in un disco extrasolare suggerisce similitudini nei processi di formazione e nella disponibilità di elementi pesanti. L’olivina, d’altra parte, è una forma di polvere refrattaria estremamente diffusa.

È stata ampiamente rilevata nei dischi protoplanetari, nei dischi di detriti e anche in comete e asteroidi. La coesistenza di ghiaccio d’acqua, solfuro di ferro e olivina in questo disco di detriti fornisce un’istantanea preziosa degli ingredienti disponibili per la costruzione di potenziali pianeti e corpi minori in sistemi extrasolari, offrendo un parallelo interessante con la composizione dei corpi celesti all’interno del nostro vicinato cosmico.

Lo studio è stato pubblicato su Nature.