Un gruppo di ricerca guidato da Kate Su dello Space Science Institute di Boulder, in Colorado, ha esaminato un campione di 21 dischi di detriti estremi utilizzando osservazioni nel medio infrarosso del telescopio spaziale James Webb insieme a dati d'archivio del telescopio spaziale Spitzer. I risultati, pubblicati su The Astrophysical Journal, offrono dettagli inediti sulle collisioni ad alta energia che avvengono durante la formazione dei pianeti rocciosi.
I dischi di detriti estremi sono fenomeni rari. Gli scienziati stimano che solo l'1% circa delle stelle giovani mostri i segnali osservabili di questa fase. I sistemi analizzati comprendono cinque dischi ricavati dai dati d'archivio di Spitzer e 16 osservati con il Webb, di cui 12 nuovi bersagli e quattro osservazioni di follow-up su oggetti precedentemente monitorati da Spitzer.
«È la prima volta che raccogliamo un numero di sistemi sufficiente per comprendere appieno questa sottoclasse, che definiamo dischi di detriti estremi», ha dichiarato Su. La ricercatrice ha spiegato che, prima del Webb, gli astronomi disponevano di pochissime informazioni e potevano soltanto constatare l'anomalia di questi sistemi rispetto ai classici dischi di detriti freddi come quelli di Vega e Fomalhaut. Con una mole maggiore di dati a disposizione, i ricercatori possono ora chiarire cosa indichino questi dischi sulla formazione e sull'evoluzione planetaria.
Caratteristiche distintive e composizione chimica
Secondo il team di ricerca, i dischi di detriti estremi condividono tre caratteristiche distintive: granelli di polvere di dimensioni inferiori rispetto a quelli presenti nei dischi protoplanetari o nei dischi di detriti classici, un'elevata concentrazione di polvere calda situata vicino alla stella ospite e variazioni irregolari di luminosità nel tempo.
L'analisi spettroscopica ha permesso ai ricercatori di suddividere il campione in due categorie distinte in base alla composizione mineralogica. Circa un terzo dei sistemi è costituito da dischi ricchi di silice, mentre i restanti due terzi ne sono poveri. La coautrice dello studio Ágnes Kóspál dell'Osservatorio Konkoly di Budapest ha osservato che le emissioni nel medio infrarosso e i dati spettrali del Webb hanno reso possibile l'identificazione di queste composizioni, offrendo un metodo per studiare embrioni planetari altrimenti troppo piccoli per essere osservati direttamente.
I ricercatori hanno scoperto che i dischi ricchi di silice sono generati da collisioni ad alta energia tra corpi delle dimensioni di Marte e compaiono esclusivamente attorno a stelle più giovani di 300 milioni di anni. Al contrario, i dischi poveri di silice si riscontrano in un intervallo di età stellari molto più ampio.
La cronologia della formazione dei pianeti rocciosi
La soglia dei 300 milioni di anni coincide con i modelli teorici di aggregazione planetaria. Le simulazioni al computer indicano infatti che i pianeti rocciosi si formano entro i primi cento milioni di anni dall'origine di un sistema stellare. Questa cronologia concorda con i modelli del nostro Sistema Solare, secondo cui la Terra e la Luna si sono formate circa 100 milioni di anni dopo il Sole.
«Il modo in cui si sono formati i pianeti rocciosi e come si sono evoluti i pianeti giganti fa parte del racconto più ampio della nascita del Sistema Solare: è un'unica storia», ha affermato Su. «Il nostro lavoro sui dischi di detriti estremi ci aiuta a ricomporre il quadro complessivo di ciò che sappiamo attualmente».
I ricercatori prevedono di raccogliere ulteriori osservazioni per confermare i propri modelli demografici. Il coautore Attila Moór dell'Osservatorio Konkoly ha sottolineato che l'attuale campione include soltanto tre dischi più vecchi che soddisfano i criteri di età per verificare l'assenza di materiale ricco di silice. Ulteriori osservazioni su sistemi di detriti estremi più anziani permetteranno di verificare se le tracce di impatti ad alta energia rimangano del tutto assenti con l'invecchiamento delle stelle.
