Astrofisica: due studi raccontano la nascita dei pianeti

Riuscire a “vedere” la nascita di un pianeta è da decenni una sorta di Sacro Graal dell’astrofisica. Oggi questa sfida ha fatto un enorme passo in avanti grazie a una ricerca internazionale, pubblicata su Astrophysical Journal Letters, a cui ha partecipato l’Università Statale di Milano e che ha immortalato per la prima volta l'impronta diretta lasciata da un pianeta neonato nel gas che lo circonda.

Protagonista della scoperta è WISPIT 2b, un gigante gassoso con massa circa cinque volte quella di Giove, situato a circa 430 anni luce da noi, nella “culla cosmica” di polveri e gas in cui ha avuto origine. Puntando verso di lui i potenti occhi dell’osservatorio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), nel deserto cileno, gli astronomi hanno registrato un segnale anomalo inequivocabile: la traccia dinamica generata dall’interazione tra il corpo celeste e la materia circostante.

“Per la prima volta non vediamo soltanto un pianeta ancora in crescita, ma anche il modo in cui questo mette in movimento il materiale da cui si sta formando», spiega Stefano Facchini, docente del dipartimento di Fisica "Aldo Pontremoli" della Statale e a capo del programma osservativo. «È come osservare la scia lasciata da una barca sull’acqua: il pianeta rivela la propria presenza modificando il gas lungo il suo percorso”.

Se in passato la comunità scientifica aveva già individuato perturbazioni simili in altri dischi circumstellari, l'origine planetaria era rimasta solo un'ipotesi tra le altre. WISPIT 2b segna una svolta: il corpo celeste era già stato fotografato in precedenza mentre accresceva la propria massa e ora ALMA ha confermato la risposta del gas esattamente nel medesimo punto. Isolando le diverse velocità della materia ed eliminando la rotazione standard del disco, gli scienziati hanno fatto emergere un sistema complesso di grandi onde a spirale, riscaldamento locale e flussi di materia che potrebbero un domani dare vita alla formazione di lune. 

Oltre al giovane pianeta WISPIT 2b, il sistema ospita anche un altro pianeta molto massivo, WISPIT 2c. “Vediamo chiaramente entrambi i pianeti plasmare l’ambiente circostante”, sottolinea Myriam Benisty, direttrice al Max Planck Institute for Astronomy e prima autrice dello studio. “WISPIT-2c ha scavato una cavità, mentre WISPIT 2b ha aperto un solco nel suo ambiente natale. Intorno a WISPIT 2b osserviamo movimenti di gas, previsti dalle simulazioni delle interazioni tra disco e pianeta, ma mai rilevati prima d’ora. Adesso ne abbiamo un’immagine!”.

Il quadro si arricchisce ulteriormente con un secondo lavoro a guida Statale, condotto dal ricercatore postdoc Swastik Chowbay e pubblicato sempre su Astrophysical Journal Letters. Analizzando lo spettro della coppia di stelle al centro del sistema, il team ha notato una calma sorprendente: nonostante il disco sia ancora ricchissimo di materiale e il pianeta WISPIT 2b continui ad alimentarsi voracemente, non vi è caduta evidente di nuovo gas verso le stelle centrali. 

“Il pianeta è attivo, mentre le stelle centrali appaiono sorprendentemente tranquille”, osserva Swastik. “I pianeti in formazione sembrano trattenere o intercettare una parte consistente del materiale prima che raggiunga il centro, modificando la distribuzione della materia nell'intero sistema”. 

Una dinamica cruciale con grandi analogie con il nostro sistema solare: fu proprio grazie a uno sbarramento analogo operato da giganti come Giove e Saturno nelle zone esterne che, oltre 4 miliardi di anni fa, i pianeti rocciosi più interni del nostro Sistema Solare, inclusa la giovane Terra, poterono formarsi e svilupparsi in un ambiente protetto e parzialmente isolato.

Descrizione dell'immagine: immagini in falsi colori, basate sui dati di ALMA, del disco attorno a WISPIT 2. L’immagine a sinistra mostra il disco attorno a WISPIT 2 nella radiazione associata alle molecole di CO (monossido di carbonio). Questa radiazione traccia la distribuzione del gas di CO e, indirettamente, quella dell’idrogeno associato, mettendo chiaramente in evidenza la struttura ad anelli. I simboli indicano le posizioni della stella binaria centrale e dei due pianeti, determinate in precedenza con il VLT dell’ESO e il Magellan Clay Telescope. Nell’immagine, entrambi i pianeti si muovono in senso orario lungo le rispettive orbite. L’immagine copre una regione di 530 au per lato, ossia 530 volte la distanza media tra la Terra e il Sole. Il riquadro mostra un ingrandimento di una regione più piccola, di 85 au per lato. Alle strutture sono sovrapposte informazioni sul moto del gas attorno al pianeta WISPIT 2b: il gas che si muove verso di noi è rappresentato in tonalità bluastre, mentre quello che si allontana da noi in tonalità rossastre. WISPIT 2b si trova in una regione in cui il gas si allontana da noi da un lato e si avvicina dall’altro, indicando come il gas si muove attorno al protopianeta.