Agli albori della storia del nostro sistema solare, gli scienziati pensano che un oggetto delle dimensioni di Marte chiamato Theia si schiantò contro la Terra neonata, vaporizzando rocce giganti e lanciandole nello spazio. Alcune di queste cose si sono verificate sulla Luna, dove il programma Artemis della NASA sta riportando gli esseri umani, preparandosi per Marte e dando forma al futuro dell’esplorazione spaziale.
Quella potente collisione molto tempo fa ha cambiato il nostro pianeta natale. Gli astronomi hanno utilizzato il telescopio spaziale James Webb della NASA per esaminare una classe di sistemi stellari giovani che mostrano segni di fluttuazioni simili, che forniscono indizi sulla quantità di energia nelle loro collisioni. I risultati forniscono informazioni sulla formazione e sull’evoluzione di questi sistemi complessi.
I risultati del team sono stati pubblicati giovedì sull’Astrophysical Journal.
I tipi di collisioni tra piccoli sistemi interstellari noti come dischi di detriti estremi sono importanti per la comprensione degli scienziati del nostro sistema solare, che si pensa si sia verificato negli stessi eventi di impatto che hanno creato la nostra Luna e modellato la Terra primordiale.
Crediti: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
L’ambiente attorno a una stella cambia man mano che cresce, a partire da un piccolo disco protoplanetario ricco di gas in cui i pianeti possono abitare, prima di evolversi in un disco povero di detriti. Durante la sua missione, il telescopio spaziale Spitzer della NASA ha sondato lo stadio del disco di detriti e ha scoperto una sottoclasse chiamata dischi di detriti estremi. Questi sistemi hanno una quantità insolitamente grande di polvere calda vicino alla stella, in un’area paragonabile a quella in cui orbitano i pianeti rocciosi nel nostro sistema solare. Un team di astronomi guidato da Kate Su dello Space Science Institute di Boulder, in Colorado, ha studiato queste cose interessanti su Webb.
Contrariamente alle previsioni teoriche, che suggeriscono che dovremmo cercare dischi di detriti estremamente grandi, le osservazioni mostrano che queste aree sono rare. Gli scienziati stimano che circa l’1% delle giovani stelle mostri tracce rilevabili di questa fase sulla base dei dati raccolti finora, incluso forse il nostro stesso sistema solare durante la sua formazione. Nonostante la sua rarità, il team è stato in grado di assemblare un campione di 21 dischi di detriti estremi, di cui cinque dal database Spitzer e 16 da Webb, con 12 dischi appena osservati e quattro osservazioni di follow-up di Spitzer.
“Questa è la prima volta che raccogliamo abbastanza sistemi per comprendere veramente questa classe che chiamiamo dischi di detriti estremi”, ha detto Su, l’autore principale dell’articolo. “Prima di Webb, avevamo informazioni limitate. Sapevamo che erano strani e molto diversi dai dischi di detriti freddi che conosciamo, come Vega e Fomalhaut. Ora che abbiamo più dati, possiamo definire cosa rappresentano questi dischi nella formazione e nell’evoluzione dei pianeti.”
Il team ha confermato che i dischi di detriti estremi condividono tre caratteristiche chiave: granelli di polvere più piccoli rispetto a quelli dei dischi di detriti protoplanetari o primitivi, molta polvere calda e insolite variazioni di luminosità, tutte rivelate dagli spettri infrarossi tra Webb e Spitzer.
Per determinare le cause di queste qualità, il team ha esaminato la composizione mineralogica dei dischi. Hanno scoperto che il loro campione poteva essere separato in dischi ricchi di silice e dischi poveri di silice. Il vetro vulcanico come l’ossidiana è un esempio di materiale ricco di silice trovato sulla Terra, mentre il minerale povero di silice forsterite appare come granelli di sabbia verde su alcune spiagge delle Hawaii. La fase del disco di detriti estremi trasmette informazioni sul tipo di collisione che ha prodotto i detriti da impatto e può aiutare a spiegare la loro variabilità nella luce infrarossa.
“Solo vedere la loro emissione nel medio infrarosso e le buone caratteristiche spettrali con Webb, che ci ha permesso di identificare le loro canzoni, è stata una cosa molto emozionante per me”, ha detto Agnes Kospal dell’Osservatorio Konkoly di Budapest, Ungheria, e coautrice dello studio. “Non abbiamo altro modo per studiare direttamente questi embrioni planetari perché sono così piccoli.”
Nel loro campione, circa un terzo sono ricchi di silice, suggerendo che questi dischi siano stati prodotti da impatti ad alta energia tra corpi delle dimensioni di Marte dove la maggior parte del materiale è vaporizzato. I restanti due terzi del loro campione sono poveri di silice, indicando che le collisioni si sono verificate su piccola scala, come il pascolo, tra oggetti delle dimensioni della Luna. I dischi ricchi di silice si trovano solo in stelle di età inferiore a 300 milioni di anni, mentre i dischi poveri di silice persistono in un ampio intervallo di età e spesso mostrano grandi variazioni di luminosità. Il team suggerisce che questa variabilità sia guidata dalla rapida evoluzione di nuovi detriti attraverso cambiamenti orbitali e ulteriori impatti.
Le loro scoperte possono essere applicate al nostro sistema solare, che potrebbe aver incontrato una fase estrema del disco di detriti.
“Come si formano i pianeti rocciosi e come si formano i pianeti giganti è parte della storia più ampia della formazione del sistema solare. È tutta una storia”, ha detto Su. “Il nostro lavoro sui dischi di detriti estremi ci sta aiutando a ricostruire il quadro più ampio di ciò che comprendiamo attualmente.”
Studiando la composizione dei dischi di detriti estremi, gli scienziati hanno capito che i dischi ricchi di silice erano prodotti da impatti ad alta energia di oggetti delle dimensioni di Marte, mentre i dischi poveri di silice erano formati da eventi a bassa energia di corpi delle dimensioni della Luna.
Immagine: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
Le simulazioni suggeriscono che i pianeti terrestri, come la Terra, dovrebbero essersi formati durante i primi milioni di anni dalla formazione del sistema solare. Questo periodo è coerente con l’età dei dischi di detriti ricchi di silice osservati finora ed è coerente con la stima che la Terra e la Luna si siano formate 100 milioni di anni dopo la formazione del Sole, con la Luna probabilmente il risultato di una collisione tra la Terra e un oggetto delle dimensioni di Marte.
Per quanto riguarda il fatto che il nostro Sole abbia sperimentato una pessima fase del disco povero di silice, se i vecchi dischi poveri di silice e i loro intervalli irregolari di luce infrarossa mostrassero instabilità orbitale, ciò sarebbe sostanzialmente coerente con l’ipotesi del bombardamento tardivo pesante del nostro sistema solare. In tal caso, i pianeti giganti gassosi percorrono distanze significative, interrompendo gravitazionalmente le orbite di corpi più piccoli e provocando collisioni catastrofiche che creano le fasi polverose di breve durata osservate nei dischi di detriti estremi.
“Sì, ci sono molte cose che ancora non sappiamo su questi dischi”, ha detto Attila Moor dell’Osservatorio Konkoly, che è il coordinatore dello studio. “Non ci aspettiamo alcun sistema ricco di silice tra i dischi di detriti estremi. Abbiamo solo tre dischi nel nostro campione che soddisfano questi criteri di età, quindi sarà bene esaminare alcuni di questi sistemi per confermare la nostra ipotesi.”
Il James Webb Space Telescope è il principale osservatorio di scienze spaziali al mondo. Webb risolve i misteri del nostro sistema solare, guarda oltre i mondi lontani attorno ad altre stelle e indaga sulle misteriose strutture e origini dell’universo e sul nostro posto in esso. Webb è un progetto internazionale guidato dalla NASA e dai suoi partner, ESA (Agenzia spaziale europea) e CSA (Agenzia spaziale canadese).
Per saperne di più su Webb, visitare:
Le seguenti sezioni contengono collegamenti per scaricare le immagini e i video di questo articolo in tutte le risoluzioni disponibili seguiti da collegamenti a informazioni correlate, contatti con i media e, se disponibili, documenti di ricerca e collegamenti di traduzione in spagnolo.