Webb studia il disco di formazione lunare attorno a un pianeta massiccio

Il disco offre informazioni su come potrebbero essersi formate le lune dei giganti gassosi del sistema solare come Giove.

Il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA ha fornito le prime misurazioni dirette delle proprietà chimiche e fisiche di un potenziale disco di formazione lunare che circonda un grande esopianeta.

Il disco ricco di carbonio che circonda il mondo chiamato CT Cha B, che si trova a 625 anni luce di distanza dalla Terra, è un possibile cantiere di costruzione per le lune, anche se non sono state rilevate lune nei dati di Webb.

Il nostro Sistema Solare contiene otto pianeti principali e più di 400 lune conosciute in orbita attorno a sei di questi pianeti. Da dove vengono?

Esistono molteplici meccanismi di formazione. Il caso delle grandi lune, come i quattro satelliti galileiani attorno a Giove, è che si sono condensate da un disco di polvere e gas che circondava il pianeta quando si è formato.

Ma questo sarebbe accaduto più di 4 miliardi di anni fa, e oggi ci sono scarse prove forensi.

Webb ha ora fornito la prima visione diretta del materiale in un disco attorno a un grande esopianeta.

Un team internazionale di astronomi ha scoperto un disco ricco di carbonio che circonda il mondo chiamato CT Cha b, che si trova a 625 anni luce di distanza dalla Terra.

La giovane stella attorno alla quale orbita il pianeta ha solo 2 milioni di anni ed è ancora in fase di accrescimento di materiale circumstellare.

Tuttavia, il disco circumplanetario scoperto da Webb non fa parte del più grande disco di accrescimento attorno alla stella centrale. I due oggetti sono distanti 74 miliardi di chilometri.

Osservare la formazione dei pianeti e delle lune è fondamentale per comprendere l’evoluzione dei sistemi planetari nella nostra galassia.

Le lune probabilmente sono più numerose dei pianeti e alcune potrebbero essere habitat per la vita come la conosciamo. Ma ora stiamo entrando in un’era in cui possiamo assistere alla loro formazione.

Questa scoperta favorisce una migliore comprensione della formazione dei pianeti e delle lune, dicono i ricercatori. I dati di Webb sono inestimabili per fare confronti con la nascita del nostro Sistema Solare oltre 4 miliardi di anni fa.

“Possiamo vedere le prove del disco attorno al compagno e possiamo studiare la chimica per la prima volta. Non stiamo solo assistendo alla formazione della luna, ma anche alla formazione di questo pianeta”, ha detto la co-autrice principale Sierra Grant della Carnegie Institution for Science di Washington, DC, USA.

“Stiamo vedendo quale materiale si sta accumulando per costruire il pianeta e le lune”, ha aggiunto l’autore principale Gabriele Cugno dell’Università di Zurigo in Svizzera e membro del Centro nazionale di competenza per la ricerca PlanetS.

Le osservazioni a infrarossi di CT Cha b sono state effettuate con il MIRI (Mid-Infrared Instrument) di Webb utilizzando il suo spettrografo a media risoluzione.

Uno sguardo iniziale ai dati d’archivio di Webb ha rivelato segni di molecole all’interno del disco circumplanetario, il che ha motivato un’immersione più profonda nei dati.

Poiché il debole segnale del pianeta è sepolto nel bagliore della stella ospite, i ricercatori hanno dovuto districare la luce della stella dal pianeta utilizzando metodi ad alto contrasto.

“Abbiamo visto molecole nella posizione del pianeta, e quindi sapevamo che c’erano cose lì dentro che valeva la pena scavare e passare un anno a cercare di estrarre dai dati. Ci è voluta davvero molta perseveranza”, ha detto Grant.

Alla fine, il team ha scoperto sette molecole di carbonio all’interno del disco del pianeta, tra cui l’acetilene (C2H2) e il benzene (C6H6).

Questa chimica ricca di carbonio è in netto contrasto con la chimica osservata nel disco attorno alla stella ospite, dove i ricercatori hanno trovato acqua ma non carbonio.

La differenza tra i due dischi offre la prova della loro rapida evoluzione chimica in soli 2 milioni di anni.

Un disco circumplanetario di detriti è stato a lungo ipotizzato come il luogo di nascita delle quattro lune principali di Giove.

Questi satelliti galileiani devono essersi condensati da un disco appiattito miliardi di anni fa, come evidente nelle loro orbite complanari attorno a Giove.

Le due lune galileiane più esterne, Ganimede e Callisto, sono composte per il 50% da ghiaccio d’acqua. Ma presumibilmente hanno nuclei rocciosi, forse fatti di carbonio o silicio.

“Vogliamo saperne di più su come il nostro Sistema Solare ha formato le lune. Ciò significa che dobbiamo guardare ad altri sistemi che sono ancora in costruzione. Stiamo cercando di capire come funziona il tutto”, ha detto Cugno. 

“Come nascono queste lune? Quali sono gli ingredienti? Quali processi fisici sono in gioco e su quali scale temporali? Webb ci permette di assistere al dramma della formazione della luna e di indagare su queste domande per la prima volta”.

Nel prossimo anno, il team utilizzerà Webb per eseguire un’indagine completa di oggetti simili per comprendere meglio la diversità delle proprietà fisiche e chimiche nei dischi attorno ai giovani pianeti.

Questi risultati sono stati pubblicati oggi su The Astrophysical Journal Letters.

Immagine: NASA, ESA, CSA, STScI, G. Cugno (University of Zürich, NCCR PlanetS), S. Grant (Carnegie Institution for Science), J, Olmsted (STScI), L. Hustak (STScI)

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