Un altro primato: Webb identifica acqua ghiacciata in giovane sistema stellare

I ricercatori hanno trovato ghiaccio d’acqua in un disco di detriti polverosi che circonda la stella simile al Sole HD 181327.

L’acqua ghiacciata è sparsa nei sistemi attorno ad altre stelle? Gli astronomi hanno a lungo previsto che lo fosse, in parte sulla base di precedenti rilevamenti della sua forma gassosa, del vapore acqueo e della sua presenza nel nostro sistema solare.

Ora ci sono prove definitive: i ricercatori hanno confermato la presenza di ghiaccio d’acqua cristallino in un disco di detriti polverosi che orbita attorno a una stella simile al Sole a 155 anni luce di distanza utilizzando dati dettagliati noti come spettri del telescopio spaziale James Webb della NASA.

(Il termine ghiaccio d’acqua specifica la sua composizione, dal momento che molte altre molecole congelate sono osservate anche nello spazio, come il ghiaccio di anidride carbonica, o “ghiaccio secco”).

Nel 2008, i dati del telescopio spaziale Spitzer della NASA hanno suggerito la possibilità di acqua ghiacciata in questo sistema.

“Webb ha rilevato in modo inequivocabile non solo il ghiaccio d’acqua, ma anche il ghiaccio d’acqua cristallino, che si trova anche in luoghi come gli anelli di Saturno e i corpi ghiacciati nel nostro sistema solare Fascia di Kuiper”, ha detto Chen Xie, autore principale del nuovo articolo e assistente ricercatore presso la Johns Hopkins University di Baltimora, nel Maryland.

Tutta l’acqua ghiacciata rilevata da Webb è abbinata a particelle di polvere fine in tutto il disco, come “palle di neve sporche”. 

Gli astronomi hanno atteso questi dati definitivi per decenni. “Quando ero uno studente laureato 25 anni fa, il mio relatore mi disse che ci doveva essere ghiaccio nei dischi di detriti, ma prima di Webb, non avevamo strumenti abbastanza sensibili per fare queste osservazioni”, ha detto Christine Chen, co-autrice e astronoma associata presso lo Space Telescope Science Institute di Baltimora.

“La cosa più sorprendente è che questi dati sembrano simili agli altri del telescopio Osservazioni recenti degli oggetti della fascia di Kuiper nel nostro sistema solare”.

Il ghiaccio d’acqua è un ingrediente vitale nei dischi attorno alle giovani stelle: influenza pesantemente la formazione dei pianeti giganti e può anche essere trasportato da piccoli corpi come comete e asteroidi a pianeti rocciosi completamente formati.

Ora che i ricercatori hanno rilevato il ghiaccio d’acqua con Webb, hanno aperto la porta a tutti i ricercatori per studiare come questi processi si svolgono in modi nuovi in molti altri sistemi planetari.

Rocce, polvere, ghiaccio che corre intorno

La stella, catalogata 181327 HD, è significativamente più giovane del nostro Sole.

Si stima che abbia 23 milioni di anni, rispetto ai 4,6 miliardi di anni più maturi del Sole.

La stella è leggermente più massiccia del Sole ed è più calda, il che ha portato alla formazione di un sistema leggermente più grande attorno ad essa.

Le osservazioni di Webb confermano un divario significativo tra la stella e il suo disco di detriti, un’ampia area priva di polvere.

Più lontano, il suo disco di detriti è simile alla fascia di Kuiper del nostro sistema solare, dove si trovano (e talvolta si scontrano) pianeti nani, comete e altri pezzi di ghiaccio e roccia.

Miliardi di anni fa, la nostra fascia di Kuiper era probabilmente simile al disco di detriti di questa stella.

“La 181327 HD è un sistema molto attivo”, ha detto Chen.

“Ci sono collisioni regolari e continue nel suo disco di detriti. Quando questi corpi ghiacciati si scontrano, rilasciano minuscole particelle di ghiaccio d’acqua polveroso che sono perfettamente dimensionate per essere rilevate da Webb”.

Acqua ghiacciata, quasi ovunque

Il ghiaccio d’acqua non è distribuito uniformemente in tutto questo sistema. La maggior parte si trova dove è più fredda e più lontana dalla stella. “L’area esterna del disco di detriti è costituita per oltre il 20% da ghiaccio d’acqua”, ha detto Xie.

Più i ricercatori guardavano da vicino, meno ghiaccio d’acqua trovavano. Verso la metà del disco di detriti, Webb rilevò circa l’8% di ghiaccio d’acqua. In questo caso, è probabile che le particelle d’acqua congelata vengano prodotte leggermente più velocemente di quanto non vengano distrutte.

Nell’area del disco di detriti più vicino alla stella, Webb non ne rilevò quasi nessuno.

È probabile che la luce ultravioletta della stella vaporizzi i granelli di ghiaccio d’acqua più vicini.

È anche possibile che le rocce note come planetesimi abbiano “bloccato” acqua ghiacciata al loro interno, che Webb non può rilevare.

Questo team e molti altri ricercatori continueranno a cercare e studiare il ghiaccio d’acqua nei dischi di detriti e a formare attivamente sistemi planetari in tutta la nostra galassia, la Via Lattea.

“La presenza di ghiaccio d’acqua aiuta a facilitare la formazione dei pianeti”, ha detto Xie.

“I materiali ghiacciati potrebbero anche essere ‘consegnati’ ai pianeti terrestri che potrebbero formarsi nel corso di un paio di centinaia di milioni di anni in sistemi come questo”.

I ricercatori hanno osservato la 181327 HD con il NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) di Webb, che è super sensibile alle particelle di polvere estremamente deboli che possono essere rilevate solo dallo spazio.

Il James Webb Space Telescope è il primo osservatorio scientifico spaziale del mondo.

Webb sta risolvendo i misteri del nostro sistema solare, guardando oltre i mondi lontani intorno ad altre stelle e sondando le strutture misteriose e le origini del nostro universo e il nostro posto in esso. Webb è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner, ESA (Agenzia Spaziale Europea) e CSA (Agenzia Spaziale Canadese).

Immagine: NASA, ESA, CSA, STScI, Ralf Crawford (STScI)

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