Grazie al telescopio spaziale James Webb, un team di scienziati ha scoperto una ricca varietà di molecole di carbonio in un disco protoplanetario attorno a ISO-ChaI 147, una giovane stella di piccola massa, che indica un tipo unico di ambiente di formazione planetaria che potrebbe portare alla creazione di pianeti poveri di carbonio.
ISO-ChaI 147 e il mistero del disco di carbonio
Come appena accennato, un team internazionale di astronomi ha studiato il disco di gas e polvere attorno a ISO-ChaI 147, stella di massa molto bassa, utilizzando il James Webb Space Telescope (JWST) della NASA. I risultati hanno il maggior numero di molecole contenenti carbonio osservate fino ad oggi in un disco di questo tipo. Questi risultati hanno implicazioni per la potenziale composizione di eventuali pianeti che potrebbero formarsi attorno a ISO-ChaI 147.
I pianeti rocciosi hanno maggiori probabilità dei giganti gassosi di formarsi attorno a stelle di piccola massa, rendendoli i pianeti più comuni attorno alle stelle più comuni nella nostra galassia.
Si sa poco sulla chimica di tali mondi, che potrebbero essere simili o molto diversi dalla Terra. Studiando i dischi da cui si formano tali pianeti, gli astronomi sperano di comprendere meglio il processo di formazione dei pianeti e la loro composizione.
Lo studio
I dischi che formano pianeti attorno a stelle di massa molto bassa sono difficili da studiare perché sono più piccoli e più deboli dei dischi attorno a stelle di massa elevata. Un programma chiamato MIRI (Mid-Infrared Instrument) Mid-INfrared Disk Survey (MINDS) mira a utilizzare le capacità uniche di Webb per costruire un ponte tra l’inventario chimico dei dischi e le proprietà degli esopianeti.
“Webb ha una sensibilità e una risoluzione spettrale migliori rispetto ai precedenti telescopi spaziali a infrarossi”, ha spiegato l’autore principale Aditya Arabhavi dell’Università di Groningen nei Paesi Bassi: “Queste osservazioni non sono possibili dalla Terra, perché le emissioni del disco sono bloccate dalla nostra atmosfera”.
In un nuovo studio, questo team ha esplorato la regione attorno ISO-ChaI 147, una stella di 1-2 milioni di anni che pesa solo 0,11 volte il Sole.
Lo spettro rivelato dal MIRI di Webb ha mostrato la chimica degli idrocarburi più ricca vista fino ad oggi in un disco protoplanetario: un totale di 13 diverse molecole contenenti carbonio. Le scoperte del team hanno incluso il primo rilevamento di etano (C 2 H 6 ) al di fuori del nostro sistema solare, così come di etilene (C 2 H 4 ), propino (C 3 H 4 ) e il radicale metilico CH 3.
“Queste molecole sono già state rilevate nel nostro sistema solare, come nelle comete 67P/Churyumov–Gerasimenko e C/2014 Q2 (Lovejoy)”, ha aggiunto Arabhavi: “Webb ci ha permesso di capire che queste molecole di idrocarburi non sono solo diverse ma anche abbondanti. È sorprendente che ora possiamo vedere la danza di queste molecole nelle culle planetarie. Si tratta di un ambiente di formazione planetaria molto diverso da quello a cui normalmente pensiamo”.
Il team ha sostenuto che questi risultati hanno grandi implicazioni per la chimica del disco interno e dei pianeti che potrebbero formarsi lì. Poiché Webb ha rivelato che il gas nel disco di ISO-ChaI 147 è così ricco di carbonio, è probabile che ne sia rimasto poco nei materiali solidi da cui si formerebbero i pianeti. Di conseguenza, i pianeti che potrebbero formarsi potrebbero alla fine essere poveri di carbonio. La Terra stessa è considerata povera di carbonio.
“Questo è profondamente diverso dalla composizione che vediamo nei dischi attorno alle stelle di tipo solare, dove dominano molecole contenenti ossigeno come acqua e anidride carbonica“, ha aggiunto il membro del team Inga Kamp, anche lei dell’Università di Groningen.
“È incredibile che possiamo rilevare e quantificare la quantità di molecole che conosciamo bene sulla Terra, come il benzene, in un oggetto che si trova a più di 600 anni luce di distanza“, ha aggiunto il membro del team Agnés Perrin del Centre National de la Recherche Scientifique in Francia.
Conclusioni
Per il futuro, il team scientifico intende espandere il proprio studio a un campione più ampio di tali dischi attorno a stelle di massa molto bassa come ISO-ChaI 147 per sviluppare la loro comprensione di quanto siano comuni o esotiche queste regioni terrestri ricche di carbonio in cui si formano pianeti.
“L’espansione del nostro studio ci consentirà anche di comprendere meglio come si possono formare queste molecole”, ha spiegato Thomas Henning, membro del team e ricercatore principale del programma MINDS, dell’Istituto Max-Planck per l’astronomia in Germania: “Anche diverse caratteristiche dei dati Webb sono ancora non identificate, quindi è necessaria più spettroscopia per interpretare appieno le nostre osservazioni”.
Lo studio delle peculiari caratteristiche di ISO-ChaI 147 ha evidenziato anche la necessità cruciale per gli scienziati di collaborare tra le discipline. Il team ha osservato che questi risultati e i dati di accompagnamento possono contribuire ad altri campi tra cui la fisica teorica, la chimica e l’astrochimica, per interpretare gli spettri e studiare nuove caratteristiche in questo intervallo di lunghezze d’onda.
La ricerca è stata pubblicata su Science.
