Gli astronomi vedono il relitto in cui i pianeti si sono schiantati l’uno contro l’altro in un lontano sistema stellare

Il nostro Sistema Solare è nato nel caos. Le collisioni hanno plasmato e costruito la Terra e gli altri pianeti e hanno persino fornito i mattoni della vita. Senza le cose che si scontrano, potremmo non essere qui.

Per fortuna, la maggior parte delle collisioni avviene nel passato e ora il nostro Sistema Solare è un luogo relativamente calmo. Ma frequenti collisioni si verificano ancora in altri sistemi solari più giovani e gli astronomi possono vederne le conseguenze.

Le conseguenze di una collisione sono un’opportunità per imparare qualcosa sulla formazione dei pianeti. Quando si verifica una collisione tra oggetti distanti, gli astronomi puntano i loro telescopi su di essa per capire cosa è successo. Gli astronomi hanno utilizzato il telescopio spaziale Spitzer e altre strutture per tracciare le conseguenze di una collisione attorno a una giovane stella chiamata HD 166191.

“Osservando i dischi di detriti polverosi attorno alle giovani stelle, possiamo essenzialmente guardare indietro nel tempo e vedere i processi che potrebbero aver modellato il nostro sistema solare”.

Kate Su, autrice principale dello studio, Università dell’Arizona.

HD 166191 è una stella di dieci milioni di anni a circa 330 anni luce dal Sole. Ha attirato l’attenzione degli astronomi perché è un disco protoplanetario in transizione verso un disco di detriti. Anni di osservazioni hanno mostrato una nuvola di detriti post-collisione che passava davanti alla stella, offrendo agli scienziati uno sguardo nuovo sulle collisioni e sulle loro conseguenze.

Lo studio è intitolato “Un ammasso di polvere prodotto da impatto di dimensioni stellari nella zona terrestre del sistema HD 166191”. L’autore principale è Kate Su, un’astronoma dello Steward Observatory dell’Università dell’Arizona. Il documento è disponibile online su The Astrophysical Journal.

“Osservando i dischi di detriti polverosi attorno alle giovani stelle, possiamo essenzialmente guardare indietro nel tempo e vedere i processi che potrebbero aver modellato il nostro sistema solare”, hanno affermato in un comunicato stampa.

Il team di astronomi ha iniziato a guardare HD 166191 nel 2015. Hanno osservato il giovane sistema solare più di 100 volte tra il 2015 e il 2019. Il sistema è troppo giovane per avere pianeti completamente cresciuti, ma i planetesimi e forse anche i pianeti nani sono destinati ad esserlo. in orbita attorno alla stella. Sfortunatamente, sono troppo piccoli e distanti per essere visti con i telescopi.

Ma i planetesimi sono i mattoni dei pianeti. E quei blocchi non si accumulano in modo ordinato. Invece, si schiantano l’uno contro l’altro, a volte frantumando in pezzi più piccoli, a volte fondendosi insieme per formare alla fine pianeti rocciosi più grandi.

Queste collisioni producono nuvole di polvere visibili nell’infrarosso. L’energia della stella colpisce la polvere ed emette luce infrarossa. Ed è ciò che il team ha visto nelle osservazioni con Spitzer. Nel 2018, il team ha osservato un marcato aumento della luminosità a HD 166191. L’aumento suggerisce che la quantità di polvere intorno alla stella è aumentata notevolmente. “L’illuminazione a infrarossi su larga scala indica ovviamente un enorme aumento dell’emissione di detriti…” scrivono gli autori. “

Nel corso degli anni, i ricercatori hanno osservato una nuvola di detriti della collisione transitare davanti alla sua stella. Hanno calcolato la dimensione degli oggetti che si sono scontrati, quando si è verificata la collisione, e la velocità dell’impatto. Hanno anche osservato la velocità con cui la nuvola di detriti si è dispersa.

Le loro osservazioni hanno mostrato che la nuvola di detriti era allungata. Hanno anche mostrato che la nuvola era più grande della stella, coprendo circa tre volte più area. Ma l’aumento della luce infrarossa nel 2018 ha suggerito qualcos’altro. Indicava che solo una piccola parte della nuvola di detriti passava direttamente davanti alla stella e che la nuvola di polvere doveva essere molto più grande. Secondo la loro ricerca, doveva coprire un’area centinaia di volte più grande della stella. Questa è l’unica spiegazione per tutta quella luce infrarossa.

Per produrre così tanta polvere, gli oggetti nelle collisioni dovevano essere grandi come pianeti nani. Il pianeta nano più famoso del nostro Sistema Solare è Vesta, che la missione Dawn della NASA ha visitato nel 2011. Gli astronomi dietro questo studio affermano che gli oggetti che si sono scontrati intorno a HD 166191 avevano all’incirca le stesse dimensioni di Vesta, circa 530 km (330 miglia ) ) di diametro. “La quantità e la rapidità dell’aumento del flusso infrarosso richiede un evento catastrofico, come una collisione tra due grandi corpi (? 500 km di diametro) che si verificano nella zona terrestre”, scrivono gli autori nel loro articolo.

Concetto artistico della navicella spaziale Dawn in arrivo a Vesta. Credito immagine: NASA/JPL-Caltech

La collisione ha generato molto calore e parte del materiale è stato vaporizzato. Come le palline su un tavolo da biliardo, l’impatto ha generato una reazione a catena di piccole collisioni tra detriti e altri oggetti rocciosi in orbita. La cascata di collisioni multiple a metà 2018 spiega la grande quantità di polvere e l’aumento dell’energia infrarossa. “Le simulazioni indicano un tasso sostanziale di collisioni di frammenti rapidamente in seguito all’interruzione dell’impatto di corpi delle dimensioni di un asteroide, che accelererebbe l’inizio di un’intensa cascata di collisioni”, afferma il documento. “Questa intensa attività è ulteriormente evidenziata dal rilevamento di un ammasso di polvere delle dimensioni di una stella, che passa davanti alla stella, nel mezzo del suo schiarimento a infrarossi”.

Nei mesi seguenti accaddero due cose: la nuvola di polvere si espanse e divenne più traslucida. La polvere e i detriti rocciosi della collisione si stavano disperdendo intorno al sistema solare. Quando è arrivato il 2019, le osservazioni hanno mostrato che la nuvola di polvere che transitava davanti alla stella non era più visibile, ma la quantità di polvere nel sistema era raddoppiata.

Queste osservazioni sono preziose per gli scienziati che studiano i sistemi solari e i pianeti. La formazione del pianeta è in gran parte nascosta alla vista. Tanto per cominciare, i giovani sistemi solari sono luoghi polverosi e solo alcuni osservatori possono perforare il velo di polvere. Grazie ad osservatori come ALMA, possiamo vedere le corsie scavate nella polvere intorno ai giovani sistemi solari mentre i pianeti si formano e spazzano via la polvere.

Immagine del disco di formazione del pianeta HL Tau (non parte di questo studio) scattata con l'Atacama Large Millimeter Array.  Gli astronomi pensano che i vicoli bui siano il luogo in cui si stanno formando i pianeti.  Attestazione: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO)
Immagine del disco di formazione del pianeta HL Tau (non parte di questo studio) scattata con l’Atacama Large Millimeter Array. Gli astronomi pensano che i vicoli bui siano il luogo in cui si stanno formando i pianeti. Attestazione: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO)

“Apprendo l’esito delle collisioni in questi sistemi, potremmo anche avere un’idea migliore della frequenza con cui si formano pianeti rocciosi attorno ad altre stelle”, ha affermato l’autrice principale dello studio Kate Su.

Gli astronomi continueranno a guardare HD 166191 per vedere come si sviluppa il sistema. Gli astronomi pensano che stia passando da un disco protoplanetario a un disco di detriti. La stella stessa non sta accumulando più materiale. Le eccessive emissioni di infrarossi suggeriscono che il sistema è ancora polveroso, ma la stella ha dissipato gran parte del gas rimasto dalla formazione stellare tramite la fotoevaporazione.

“Le simulazioni teoriche indicano che l’esistenza stessa dei pianeti terrestri dipende dalla fusione collisionale di embrioni planetari e oligarchi”, afferma il documento. Questa fusione collisionale avviene generalmente durante i primi 200 milioni di anni dopo che i dischi protoplanetari hanno eliminato gran parte del gas residuo dalla formazione stellare. “Ci si aspetta che le collisioni su larga scala tra planetesimi ed embrioni planetari nella regione del pianeta terrestre siano comuni dopo la dissipazione del gas in un disco protoplanetario, uno stadio in cui pensiamo si trovi HD 166191”, scrivono gli autori.

Nel nostro Sistema Solare c’erano probabilmente dozzine di corpi rocciosi delle dimensioni di una Luna o di Marte nel Sistema Solare interno. Gli astronomi pensano che la Luna si sia formata quando un protopianeta di nome Theia si è scontrato con la Terra. Probabilmente ci sono state molte altre collisioni e l’architettura del Sistema Solare interno è il risultato di quel processo.

Ma gli astronomi sono bloccati a giocare alla scientifica nel nostro Sistema Solare. Devono studiare sistemi distanti come HD 166191 per vedere che ciò accade.

“Lo stato evolutivo del sistema (subito dopo la dispersione del suo disco ricco di gas) rende estremamente prezioso conoscere il processo di formazione del pianeta terrestre e l’architettura planetaria attraverso osservazioni future”, spiega il documento.

Quali sono le prospettive per HD 166191? Nella conclusione del loro articolo, gli autori scrivono che “potremmo assistere alla prima fase di impatto gigante nell’assemblaggio di pianeti terrestri nella zona interna”. O l’attività che stanno vedendo nel giovane sistema “… potrebbe essere innescata da perturbazioni da oggetti vicini e invisibili della massa del pianeta, creando collisioni che attraversano l’orbita nella popolazione di asteroidi esistente”. Oppure potrebbe essere coinvolta la migrazione di un pianeta gigante.

I giovani sistemi polverosi subiscono molti cambiamenti e solo ulteriori osservazioni racconteranno la storia. “La natura transitoria di sistemi estremamente polverosi illustra ulteriormente l’importanza del monitoraggio continuo. Le future osservazioni di questo sistema unico faranno luce ulteriormente sulla nostra comprensione della formazione del pianeta terrestre e dell’architettura planetaria complessiva di assemblaggio “, concludono.

Avanti con le ulteriori osservazioni!

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