Riproduzione artistica di un disco proto-planetario, simile ai 30 oggetti studiati nel progetto ALMA AGE-PRO. Il tempo di permanenza del gas nei dischi determina il tempo disponibile per la formazione e crescita dei pianeti. Credit NSF/AUI/NSF NRAO/S.Dagnello.
Una collaborazione internazionale di astrofisici, a cui ha contribuito l’Università Statale di Milano, ha rivelato risultati rivoluzionari riguardanti i dischi di gas e polvere che circondano stelle giovani nella Galassia vicina, grazie all’utilizzo del potente interferometro Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), situato in Cile. I risultati, pubblicati in 12 articoli in un numero speciale della rivista Astrophysical Journal, fanno parte di un large program ALMA chiamato the ALMA Survey of Gas Evolution of PROtoplanetary Disks, o AGE-PRO. Uno di questi articoli è a guida di Rossella Anania, dottoranda dell’Università Statale, mentre in un altro, Giovanni Rosotti, ricercatore della Statale, ha avuto un ruolo di primo piano.
In particolare, AGE-PRO ha osservato 30 dischi proto-planetari attorno a stelle simili al Sole, con lo scopo di studiare l’evoluzione della massa del gas dalle fasi iniziali della vita di un disco, fino alla sua quasi completa dispersione.
Lo studio ha evidenziato che la componente in gas e quella in polvere in questi dischi seguono tempi di evoluzione differenti. Un disco proto-planetario persiste attorno ad una stella giovane per svariati milioni di anni, mentre gas e polvere evolvono e vengono dissipati, segnando i tempi-scala necessari alla formazione di pianeti giganti. La massa e la dimensione iniziali dei dischi determinano in modo significativo le caratteristiche dei pianeti che possono formarsi al loro interno (giganti gassosi, giganti di ghiaccio, mini-Nettuno) e il loro moto. Il tempo in cui il gas nei dischi viene dissipato determina il tempo disponibile affinché i grani di polvere crescano fino a formare oggetti delle dimensioni di un asteroide, e successivamente pianeti. Osservazioni precedenti con ALMA hanno permesso lo studio della polvere in molti dischi proto-planetari. AGE-PRO ha invece caratterizzato per la prima volta l’evoluzione del gas. “AGE-PRO ha permesso le prime stime delle masse e delle estensioni dei dischi di gas nel corso della vita dei dischi protoplanetari” spiega Giovanni Rosotti.
Riproduzione artistica delle tre fasi dell’evoluzione dei dischi studiate da AGE-PRO. AGE-PRO ha permesso di verificare che la frazione di stelle che presentano un disco e il gas presente nei dischi, diminuisce al passare del tempo. Credit: Carolina Agurto-Gangas and the AGE-PRO collaboration.
Uno dei lavori portanti della collaborazione, che vede coinvolto in prima linea Giovanni Rosotti, ha utilizzato modelli di evoluzione di popolazioni di dischi e il confronto con le nuove osservazioni, per identificare i meccanismi che determinano l'evoluzione di questi sistemi. Un secondo lavoro, guidato da Rossella Anania, mostra che l’ambiente di formazione stellare può causare fotoevaporazione dei dischi, modificandone proprietà fondamentali quali massa ed estensione, con implicazioni sulla formazione e composizione dei pianeti.
La collaborazione di AGE-PRO evidenzia come la pubblicazione odierna dei 12 articoli scientifici sia frutto della cooperazione internazionale e del lavoro di squadra effettuato negli ultimi anni. La Co-PI Ilaria Pascucci dell’università dell’Arizona ha aggiunto “La scienza è uno sforza collaborativo, spinto da persone da vari paesi e con diverse formazioni, ognuno dei quali contribuisce in maniera unica ad avanzare la conoscenza”.
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Giovanni Pietro Rosotti
Dipartimento di Fisica Aldo Pontremoli
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