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Decoding planetary compositions using observations and modelling of planet-forming disks

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Le impronte chimiche delle stelle forniscono indizi sulla formazione degli esopianeti

Molte delle riviste e delle ricerche circa la composizione degli esopianeti si concentrano sulle misurazioni dell’atmosfera. Nonostante si tratti di un buon punto di partenza per capire se possano o meno sostenere la vita, determinare la composizione di gas e polvere che circonda una stella appena formata, il luogo di nascita dei pianeti, è fondamentale per comprendere la composizione chimica completa del pianeta.

RICERCA DI BASE

SPAZIO

© Alifelove Blog, Shutterstock

Le stelle nascono nel vortice quando nuvole di gas e polveri, massicce e fredde, collassano e accendono una stella. Il materiale rimasto all’interno del disco genera massi di una grandezza misurabile in metri. Alla fine, i grandi ammassi di queste rocce saranno incorporati nei pianeti che orbitano attorno alla stella. Allo stesso tempo, una sconcertante rete di reazioni chimiche genera molecole organiche complesse intrappolate all’interno di massi di ghiaccio attorno alle stelle, che sono infine trasportate verso i pianeti. «Decifrare gli ingredienti critici del materiale che dà vita ai pianeti rivelerà il quadro più ampio dell’origine e della diversità dei pianeti. Attualmente, gran parte della ricerca è dedicata a misurare la composizione atmosferica degli esopianeti, nonché dei pianeti nel nostro sistema solare. Nonostante sia sensato, queste caratteristiche planetarie sono soltanto un trampolino per la discussione in merito all’abitabilità degli esopianeti, che in definitiva viene determinata dal loro materiale originario», osserva Mihkel Kama, coordinatore del progetto DISCO, finanziato dall’UE.

Utilizzare «materiale contaminato» stellare come sonda per i pianeti

La ricerca Hitherto ha permesso di comprendere in via preliminare l’abbondanza di ossigeno e carbonio nei dischi protoplanetari. Gli obiettivi primari di DISCO riguardavano aggiungere diversi elementi in più allo strumentario di analisi della composizione chimica, per migliorare la comprensione dell’origine dei pianeti e degli ambienti specificamente abitabili. I ricercatori hanno introdotto un nuovo approccio chiamato «Contaminated A-stars Method» (CAM), che si applica a stelle leggermente più grandi del nostro Sole. «Il bilancio degli elementi chimici del materiale che forma un pianeta vicino a una stella è molto difficile da misurare direttamente: per questo motivo stavamo cercando nuovi metodi innovativi. Mentre le stelle di tipo solare possiedono zone convettive in movimento, le stelle più massicce sono più quiete. Di conseguenza, qualsiasi materiale precipiti su tale stella, come le masse di materia di pianeti in formazione o il gas espulso da un pianeta caldo nelle vicinanze, non si mescolerebbe all’interno della stella ma si poserebbe piuttosto sulla sua superficie. Ciò permette agli astronomi di misurare con facilità i loro spettri e analizzare l’impronta chimica del materiale aggregato sulla loro superficie», spiega Kama.

Nuovi elementi chimici rilevati per la prima volta

I ricercatori hanno studiato diversi dischi che formano un pianeta e che circondano le stelle giovani. In precedenza, l’attenzione si concentrava su carbonio e ossigeno, che erano di scarsa utilità per comprendere la composizione dei pianeti. La loro ricerca ha condotto a risultati straordinari. In particolare, sono riusciti a ricavare la precisa frazione di atomi di zolfo intrappolati in particelle solide prima della formazione del pianeta. Tale informazione, difficile da ottenere con qualsiasi altro mezzo, ma che adesso può essere ottenuta per quasi tutti gli elementi usando CAM, fornisce un apporto cruciale ai modelli di formazione dei pianeti utilizzati per prevedere la composizione elementare di nuclei solidi planetari e atmosfere gassose. Il team ha inoltre individuato particelle di sodio, zinco, ferro e magnesio racchiuse in particelle solide. «Si tratta di elementi che gli astronomi hanno disperatamente provato a individuare e caratterizzare in ambienti di formazione dei pianeti. Auspichiamo che questo lavoro porti a una svolta nella comprensione delle proprietà della Terra e dei pianeti attorno ad altre stelle», conclude Kama.

Parole chiave

DISCO, composizione, esopianeta, disco protoplanetario, Contaminated A-stars Method (CAM), zolfo

Informazioni relative al progetto

ID dell’accordo di sovvenzione: 753799

Stato

Progetto concluso

  • Data di avvio

    3 Luglio 2017

  • Data di completamento

    2 Luglio 2019

Finanziato da:

H2020-EU.1.3.2.

  • Bilancio complessivo:

    € 183 454,80

  • Contributo UE

    € 183 454,80

Coordinato da:

THE CHANCELLOR MASTERS AND SCHOLARS OF THE UNIVERSITY OF CAMBRIDGE

Questo progetto è apparso in…