I pianeti hanno appena iniziato a formarsi in questo sistema binario

Gli astronomi hanno osservato per decenni il giovane sistema stellare binario SVS 13. Gli astronomi non sanno molto su come si formano i pianeti attorno a stelle proto-binarie come SVS 13, e le prime fasi sono particolarmente misteriose. Un nuovo studio basato su tre decenni di ricerca rivela tre dischi potenzialmente in grado di formare pianeti attorno alla stella binaria.

I pianeti si formano mentre accumulano materiale dal disco di polvere e gas attorno a una giovane stella chiamata disco protoplanetario. La maggior parte dei modelli scientifici di accrescimento planetario si basa su singole stelle come il nostro Sole. Ma la maggior parte delle stelle si forma in sistemi binari, dove le interazioni gravitazionali potrebbero avere un enorme effetto sulla formazione dei pianeti. Gli astronomi non sono così informati sulla formazione dei pianeti attorno alle stelle binarie come vorrebbero.

Questo è ciò che rende importante SVS 13. Il giovane sistema stellare è ancora allo stato embrionale e gli astronomi stanno imparando molto dall’osservarlo. Le stelle sono entrambi embrioni stellari e la loro massa combinata è approssimativamente uguale a quella del Sole. SVS 13 è un sistema binario stretto e circa 90 unità astronomiche li separano. Il loro periodo orbitale è di circa 850 anni. Il sistema è distante solo circa 980 anni luce, abbastanza vicino per uno studio dettagliato.

La nuova ricerca si basa su ampie osservazioni di SVS 13 con il Very Large Array (VLA) e l’Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA). Il titolo dello studio è “The Physical Properties of the SVS 13 Protobinary System: Two Circumstellar Disks and un disco circumbinario a spirale in divenire. ” L’autore principale è Ana Karla Díaz-Rodríguez dell’Università di Manchester e l’articolo è pubblicato su The Astronomical Journal.

“I nostri risultati hanno rivelato che ogni stella ha un disco di gas e polvere attorno a sé e che, inoltre, si sta formando un disco più grande attorno a entrambe le stelle”, ha affermato Diaz-Rodriguez. “Questo disco esterno mostra una struttura a spirale che alimenta la materia nei singoli dischi, e in tutti loro potrebbero formarsi sistemi planetari in futuro. Questa è una chiara prova della presenza di dischi attorno a entrambe le stelle e dell’esistenza di un disco comune in un sistema binario.

Modello cartoon del sistema. I colori rosso-blu indicano il movimento del gas. (Rosso – lontano da noi, blu – verso di noi.) Credito immagine: Università di Manchester.

Le osservazioni VLA di SVS 13 abbracciano più di tre decenni. Il team di ricerca dietro questo studio ha utilizzato tali osservazioni combinate con le nuove osservazioni ALMA. I dati di base lunga hanno permesso agli astronomi di tracciare le orbite delle stelle l’una attorno all’altra e di accertarne la geometria e l’orientamento. Informazioni più dettagliate dalle osservazioni hanno anche scoperto le masse delle protostelle, le masse del disco e le temperature del disco. Queste osservazioni hanno creato un ritratto scientifico dettagliato delle giovani stelle e del loro sistema.

“Questo lavoro mostra come studi accurati e sistematici sulle giovani stelle possano fornire una visione straordinariamente dettagliata della loro struttura e proprietà”, ha affermato il collaboratore Gary Fuller dell’Università di Manchester.

Quando gli astronomi hanno iniziato a osservare SVS 13 anni fa, le osservazioni ottiche hanno mostrato una singola stella. Ma quando i radiotelescopi hanno osservato il sistema, è diventato chiaro che si trattava di un binario stretto.

“All’IAA, abbiamo iniziato a studiare questo sistema venticinque anni fa. Siamo rimasti sorpresi quando abbiamo scoperto che SVS 13 era un binario radio perché nell’ottica si vede solo una stella “, ha affermato il coautore dello studio Guillem Anglada, ricercatore presso l’Instituto de Astrofísica de Andalucía.

Le giovani stelle possono essere difficili da vedere alla luce ottica perché il disco protoplanetario le avvolge. I radiotelescopi come ALMA e VLA sono lo strumento preferito per osservare i giovani sistemi perché le emissioni radio sono visibili attraverso gas e polvere. Anche allora, gli astronomi li vedono più chiaramente man mano che sono avanti nel processo di formazione. ALMA e VLA hanno anche risoluzioni angolari elevate e gli osservatori possono vedere caratteristiche di dimensioni comprese tra 10 e 20 AU.

Il sistema SVS 13 ha tre dischi. Un disco circonda ciascuna protostella e un terzo disco più grande circonda la coppia. Il disco più grande è una spirale e sembra essere nelle prime fasi di formazione. Sta anche alimentando materiale nei due dischi più piccoli.

“Normalmente, gli embrioni stellari vengono rilevati via radio, ma diventano visibili solo alla fine del processo di gestazione. È stato molto strano scoprire una coppia di stelle gemelle in cui una sembrava essersi evoluta molto più velocemente dell’altra “, ha detto Anglada. Non solo VLA 4B è più massiccio del suo partner, ma anche il suo disco sembra essere più spesso.

Questa immagine dello studio mostra emissioni radio di 0,9 mm dal giovane protobinario SVS 13. Le due componenti stellari sono denominate VLA 4B e VLA4A.  La coppia dista circa 90 unità astronomiche.  Credito immagine: Diaz-Rodriguez et al.  2022
Questa immagine dello studio mostra emissioni radio di 0,9 mm dal giovane protobinario SVS 13. Le due componenti stellari sono denominate VLA 4B e VLA4A. La coppia dista circa 90 unità astronomiche. Credito immagine: Diaz-Rodriguez et al. 2022

Una delle caratteristiche più interessanti di SVS 13 sono i bracci a spirale.

“Le spirali sono state osservate in numerosi dischi protoplanetari e vari meccanismi, che possono eventualmente agire insieme, sono stati suggeriti per spiegare la loro origine, comprese le interazioni pianeta-disco, le instabilità gravitazionali o le ombre”, scrivono gli autori nel loro articolo.

Altri ricercatori hanno modellato i bracci a spirale e i dischi in sistemi come SVS 13. Uno studio del 2019 ha utilizzato simulazioni numeriche per studiare sistemi come questo e ha scoperto che “Ogni modello mostra dischi circumstellari, bracci a spirale e un disco circumbinario con uno spazio interno o cavità. ” Quello studio ha anche scoperto che il disco circumbinary è asimmetrico.

Gli autori di questa nuova ricerca hanno fatto riferimento al documento del 2019 quando hanno scritto: “Questo risultato delle simulazioni numeriche sembra essere sostanzialmente coerente con le nostre osservazioni di SVS 13 se il secondario fosse VLA 4A (il componente con il braccio a spirale più prominente, S1 ) e il primario erano VLA 4B (con la spirale S2 che circonda questa protostella ed è collegata a un punto indeterminato tra VLA 4A e VLA 4B).

Sfortunatamente, i ricercatori hanno solo stime di massa approssimative che mostrano che VLA 4B è la stella principale nella coppia binaria. Il team afferma di aver bisogno di misurazioni di massa più accurate per VLA 4A e VLA 4B per portare ulteriormente il loro lavoro. Osservazioni future “… dovrebbero essere in grado di fare più luce sulle masse del binario SVS 13 e di identificare in modo affidabile le componenti primarie e secondarie. Ciò consentirà di testare i modelli dell’evoluzione di un sistema binario che sta subendo lo sviluppo di un disco circumbinario e di bracci a spirale, come sembra essere il caso di SVS 13. ”

Questa figura dello studio mette in evidenza quelli che sembrano essere i bracci a spirale di un disco che circonda SVS 13 e alimenta il materiale nei due dischi più piccoli.  L'immagine a destra è la stessa di quella a sinistra ma con intensità diversa per evidenziare le braccia.  S1 e S2 sono spirali abbastanza chiaramente definite, ma per S3 non è chiaro se si tratti di un braccio a spirale o di una caratteristica della parte settentrionale del disco circumbinary.  Credito immagine: Diaz-Rodriguez et al.  2022
Questa figura dello studio mette in evidenza quelli che sembrano essere i bracci a spirale di un disco che circonda SVS 13 e alimenta il materiale nei due dischi più piccoli. L’immagine a destra è la stessa di quella a sinistra ma con intensità diverse per evidenziare le braccia. S1 e S2 sono spirali abbastanza chiaramente definite, ma per S3 non è chiaro se si tratti di un braccio a spirale o di una caratteristica della parte settentrionale del disco circumbinary. Credito immagine: Diaz-Rodriguez et al. 2022

In astronomia sono sempre desiderabili misurazioni più accurate e talvolta passano decenni prima che gli astronomi possano ottenere quelle misurazioni. Ma anche con le stime di massa che hanno, il team di ricercatori afferma che la loro modellazione mostra che entrambe le stelle potrebbero formare pianeti.

“Abbiamo progettato diversi esperimenti per ottenere maggiori dettagli e per scoprire se in tal caso una delle stelle potrebbe formare pianeti. Ora abbiamo visto che entrambe le stelle sono molto giovani e che entrambe possono formare pianeti “, afferma Guillem Anglada, ricercatore dell’Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) che sta coordinando gli studi di SVS 13.

Le osservazioni del sistema hanno rivelato anche qualcos’altro. Sembrano esserci diversi blocchi chimici complessi legati alla vita nei dischi attorno al sistema. Il team ha identificato 30 diverse molecole attorno a entrambe le protostelle, comprese tredici molecole organiche complesse (COM). Le COM sono molecole con sei o più atomi con almeno un atomo di carbonio. Ne hanno individuati sette nel sistema SVS 13 per la prima volta. “Ciò significa che quando i pianeti inizieranno a formarsi attorno a questi due soli, i mattoni della vita saranno lì”, ha detto Diaz-Rodriguez.

Lo studio presenta alcune incertezze e gli autori le chiariscono. Dicono di poter confermare che SVS 13 è un “sistema protostellare multiplo con almeno due protostelle incorporate, separate da 90 AU”. Sfortunatamente, non possono escludere altre protostelle poiché la loro risoluzione è limitata a circa 10-20 AU. “Tuttavia”, scrivono, “favoriamo l’interpretazione in termini di sistema binario”.

L’astronomia moderna comporta molte simulazioni. Queste simulazioni vanno di pari passo con le osservazioni. Ma le simulazioni sono valide solo quanto i test a cui puoi sottoporle. Gli autori affermano che la nostra comprensione sempre più dettagliata del sistema SVS 13 migliorerà solo le simulazioni di giovani sistemi binari come gruppo.

“In conclusione, SVS 13 sembra essere un eccellente banco di prova per testare simulazioni numeriche delle prime fasi della formazione di sistemi stellari binari e multipli”.

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