Webb trova giovani stelle simili al sole che forgiano spargendo cristalli comuni

Gli astronomi hanno da tempo cercato prove per spiegare perché le comete ai margini del nostro sistema solare contengano silicati cristallini, dato che i cristalli richiedono un calore intenso per formarsi e queste “palle di neve sporche” trascorrono la maggior parte del tempo nella fredda Fascia di Kuiper e nella Nube di Oort. Ora, guardando fuori dal nostro sistema solare, il James Webb Space Telescope della NASA ha restituito la prima prova conclusiva che collega come tali condizioni siano possibili.

Gli astronomi hanno da tempo cercato prove per spiegare perché le comete ai margini del nostro sistema solare contengano silicati cristallini, dato che i cristalli richiedono un calore intenso per formarsi e queste “palle di neve sporche” trascorrono la maggior parte del tempo nella fredda Fascia di Kuiper e nella Nube di Oort.

Ora, guardando fuori dal nostro sistema solare, il James Webb Space Telescope della NASA ha restituito la prima prova conclusiva che collega come tali condizioni siano possibili.

Il telescopio ha mostrato chiaramente per la prima volta che la parte interna calda del disco di gas e polvere che circonda una stella molto giovane e in formazione attiva è il luogo dove si forgiano i silicati cristallini.

Webb ha anche rivelato un forte flusso di acqua in grado di trasportare i cristalli ai bordi esterni di questo disco.

Rispetto al nostro sistema solare completamente formato e per lo più pulito dalla polvere, i cristalli si formerebbero approssimativamente tra il Sole e la Terra.

Le osservazioni sensibili di Webb nel medio infrarosso della protostella, catalogate EC 53, mostrano anche che i potenti venti provenienti dal disco stellare stanno probabilmente catapultando questi cristalli in luoghi lontani, come il bordo incredibilmente freddo del suo disco protoplanetario dove potrebbero eventualmente formarsi comete.

“Le uscite stratificate di EC 53 potrebbero sollevare questi nuovi silicati cristallini e trasferirli verso l’esterno, come se fossero su un’autostrada cosmica”, ha detto Jeong-Eun Lee, autrice principale di un nuovo articolo su Nature e professoressa presso la Seoul National University in Corea del Sud.

“Webb non solo ci ha mostrato esattamente quali tipi di silicati si trovano nella polvere vicino alla stella, ma anche dove si trovano sia prima che durante un’esplosione di esplosione.”

Il team ha utilizzato il MIRI (Mid-Infrared Instrument) di Webb per raccogliere due serie di spettri altamente dettagliati per identificare elementi e molecole specifiche e determinarne le strutture.

Successivamente, hanno mappato con precisione dove si trova tutto, sia quando EC 53 è “silenzioso” (ma continua a “mordicchiare” gradualmente il disco) sia quando è più attivo (quella che viene chiamata fase di esplosione).

Questa stella, studiata da questo team e da altri per decenni, è altamente prevedibile. (Altre giovani stelle hanno scoppi d’ira irregolari, o durano centinaia di anni.)

Circa ogni 18 mesi, l’EC 53 inizia una fase di esplosione di 100 giorni, accelerando il ritmo e divorando completamente gas e polvere nelle vicinanze, mentre espelle parte della sua presa d’aria come potenti getti e uscite.

Queste espulsioni potrebbero lanciare alcuni dei cristalli appena formati nei margini del disco protoplanetario della stella.

“Anche come scienziato, mi sorprende che possiamo trovare silicati specifici nello spazio, inclusi forsterite ed enstatite vicino a EC 53”, ha detto Doug Johnstone, coautore e principale responsabile di ricerca presso il National Research Council of Canada.

“Questi sono minerali comuni sulla Terra. L’ingrediente principale del nostro pianeta è il silicato.”

Per decenni, la ricerca ha anche identificato silicati cristallini non solo su comete del nostro sistema solare, ma anche su dischi protoplanetari lontani attorno ad altre stelle leggermente più antiche — ma non sono riusciti a individuare come siano arrivati lì.

Con i nuovi dati di Webb, i ricercatori ora comprendono meglio come queste condizioni potrebbero essere possibili.

“È incredibilmente impressionante che Webb non solo possa mostrarci così tanto, ma anche dove si trova tutto”, ha detto Joel Green, coautore e scienziato degli strumenti presso lo Space Telescope Science Institute di Baltimora, Maryland.

“Il nostro team di ricerca ha mappato come i cristalli si muovono nel sistema. Abbiamo mostrato efficacemente come la stella crea e distribuisce queste particelle superfine, ciascuna significativamente più piccola di un granello di sabbia.”

I dati MIRI di Webb mostrano chiaramente anche i getti stretti e ad alta velocità di gas caldo della stella vicino ai poli, e i flussi di acqua leggermente più freddi e lenti che derivano dall’area più interna e calda del disco che alimenta la stella.

L’immagine sopra, scattata da un altro strumento Webb, NIRCam (Near-Infrared Camera), mostra un set di venti e luce diffusa dal disco di EC 53 come un semicerchio bianco inclinato verso destra.

Anche i suoi venti scorrono nella direzione opposta, approssimativamente dietro la stella, ma nella luce nel prossimo infrarosso questa regione appare buia. I suoi getti sono troppo piccoli per essere riconosciuti.

Immagine: Cristallizzazione e movimento del silicato vicino al protostella EC 53 (Illustrazione)

Questa illustrazione rappresenta metà del disco di gas e polvere che circonda la protostella EC 53. Le esplosioni stellari formano periodicamente silicati cristallini, che vengono lanciati verso l’alto e verso i margini del sistema, dove possono eventualmente formarsi comete e altri corpi rocciosi ghiacciati. Illustrazione: NASA, ESA, CSA, Elizabeth Wheatley (STScI).

EC 53 è ancora “avvolta” nella polvere e potrebbe esserlo per altri 100.000 anni.

Nel corso di milioni di anni, mentre il disco di una stella giovane è densamente popolato da minuscoli granelli di polvere e ciottoli, si verificherà un numero incalcolabile di collisioni che potrebbero lentamente accumulare una serie di rocce più grandi, portando infine alla formazione di pianeti terrestri e giganti gassosi.

Man mano che il disco si stabilizza, sia la stella stessa che eventuali pianeti rocciosi finiranno di formarsi, la polvere si diraderà in gran parte (non oscurando più la vista), e una stella simile al Sole rimarrà al centro di un sistema planetario liberato, con silicati cristallini “sparsi” ovunque.

EC 53 fa parte della Nebulosa di Serpens, che si trova a 1.300 anni luce dalla Terra ed è piena di stelle in formazione attiva.

Immagine: NASA, ESA, CSA, STScI, Klaus Pontoppidan (NASA-JPL), Joel Green (STScI); Elaborazione immagini: Alyssa Pagan (STScI)

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