Molte stelle giovani che ospitano pianeti possiedono anche dischi contenenti polvere e granelli di ghiaccio, particelle prodotte dalle collisioni tra asteroidi e comete in orbita intorno ad essa. Questi dischi di detriti spesso mostrano anelli ben definiti o motivi a spirale, caratteristiche che potrebbero segnalare la presenza di pianeti orbitanti. Gli astronomi hanno studiato le caratteristiche del disco per meglio comprendere le proprietà fisiche dei pianeti conosciuti e forse scoprirne di nuovi.
Ma un nuovo studio condotto dagli scienziati della NASA porta una nota di cautela nell'interpretazione degli anelli e dei bracci a spirale come indicazioni per nuovi pianeti. Grazie ad interazioni tra gas e polvere, un disco di detriti può, con le giuste condizioni, produrre anelli vicini senza necessariamente ospitare pianeti.
Guardardiamo il cambiamento della densità di polvere e la crescita della struttura in questo disco di detriti simulato, che si estende circa 100 volte più lontano dalla sua stella, di quanto sia l'orbita della Terra intorno al s
Sole.
Il disco viene osservato da un angolo di 24 gradi, a sinistra, a destra e di fronte. I colori più chiari mostrano una maggiore densità di polvere.
"Quando la massa del gas è approssimativamente uguale alla massa della polvere, i due interagiscono in un modo che portino alla formazione di grumi di polvere e alla formazione di modelli", ha detto il ricercatore Wladimir Lyra, Fellow Sagan al Jet Propulsion Laboratory della NASA in Pasadena, in California: "In sostanza, il gas porta la polvere nelle tipologie di strutture che ci aspetteremmo di vedere se fosse presente un pianeta".
Un documento che descrive i risultati è stato pubblicato nel numero dell'11 luglio di Nature.
La polvere calda nei dischi di detriti è facile da rilevare a lunghezze d'onda infrarosse, ma la stima del contenuto di gas di dischi è una sfida molto maggiore. Come risultato, gli studi teorici tendono a concentrarsi sul ruolo di polvere e particelle di ghiaccio, prestando relativamente poca attenzione alla componente dei gas.
Eppure i chicchi ghiacciati evaporano e le collisioni producono gas e polveri, così a un certo livello, tutti i dischi di detriti devono contenere una certa quantità di gas.
"Tutti abbiamo bisogno di produrre anelli stretti e altre strutture nei nostri modelli di dischi di detriti, ma una piccola quantità di gas è insufficente per essere rilevabile nella maggior parte dei sistemi attuali", ha detto il co-autore Marc Kuchner, astrofisico della NASA Goddard Space Flight Center di Greenbelt, nel Maryland
Ecco come funziona:
Quando la luce ultravioletta ad alta energia, dalla stella centrale, colpisce una macchia di polvere e grani di ghiaccio, spinge gli elettroni lontano.
Questi elettroni ad alta velocità, poi si scontrano con il calore del gas nelle vicinanze.
La pressione del gas modifica la forza di trascinamento sulla polvere orbitante, causandone la crescita e l'interazione, che gli astronomi chiamano instabilità fotoelettrica, continua e a cascata.
I ciuffi crescono in archi, anelli, e con le caratteristiche ovali in decine di migliaia di anni, un tempo relativamente breve rispetto ad altre forze al lavoro in un giovane Sistema Solare.
Un modello sviluppato da Lyra e Kuchner mostra il processo di lavoro.
"Siamo rimasti affascinati nel guardare queste forme strutturarsi nelle simulazioni", ha detto Lyra. "Alcuni degli anelli cominciano ad oscillare e in qualsiasi momento hanno l'aspetto degli anelli di polvere che vediamo intorno a molte stelle, come Fomalhaut".
Inoltre, i densi ciuffi (molte volte la densità della polvere conosciuta altrove) si formano nel disco anche durante la simulazione.
Quando un cespuglio in un anello diventa troppo denso, l'anello si rompe in archi e gli archi a poco a poco si restringono fino a quando resta ad un solo ciuffo compatto. Nei dischi reali i detriti, alcuni di questi in densi grumi potrebbero riflettersi abbastanza bene per essere direttamente osservabili.
"Vorremmo rilevare questi ciuffi come fonti luminose in movimento di luce, che è proprio quello che stiamo cercando quando ricerchiamo i pianeti", aggiunge Kuchner.
I ricercatori concludono che l'instabilità fotoelettrica fornisce una spiegazione semplice e plausibile per molte delle caratteristiche che si trovano nei dischi di detriti, rendendo il lavoro degli astronomi a caccia di pianeti solo un pó più difficile.
A cura di Arthur McPaul
Fonte:
http://www.sciencedaily.com/releases/2013/07/130713095250.htm
Foto:
Questo grafico confronta la massa del gas per diversi sistemi a disco di detriti e spettacoli dove l'instabilità fotoelettrico è più importante. Sistemi come TW Hydrae contengono tanto gas che l'instabilità è soppresso, ma potrebbero sorgere nelle regioni relativamente a gas gratuiti nei pressi del centro del disco. (Credit: NASA Goddard Space Flight Center)
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Ma un nuovo studio condotto dagli scienziati della NASA porta una nota di cautela nell'interpretazione degli anelli e dei bracci a spirale come indicazioni per nuovi pianeti. Grazie ad interazioni tra gas e polvere, un disco di detriti può, con le giuste condizioni, produrre anelli vicini senza necessariamente ospitare pianeti.
Guardardiamo il cambiamento della densità di polvere e la crescita della struttura in questo disco di detriti simulato, che si estende circa 100 volte più lontano dalla sua stella, di quanto sia l'orbita della Terra intorno al s
Sole.
Il disco viene osservato da un angolo di 24 gradi, a sinistra, a destra e di fronte. I colori più chiari mostrano una maggiore densità di polvere.
"Quando la massa del gas è approssimativamente uguale alla massa della polvere, i due interagiscono in un modo che portino alla formazione di grumi di polvere e alla formazione di modelli", ha detto il ricercatore Wladimir Lyra, Fellow Sagan al Jet Propulsion Laboratory della NASA in Pasadena, in California: "In sostanza, il gas porta la polvere nelle tipologie di strutture che ci aspetteremmo di vedere se fosse presente un pianeta".
Un documento che descrive i risultati è stato pubblicato nel numero dell'11 luglio di Nature.
La polvere calda nei dischi di detriti è facile da rilevare a lunghezze d'onda infrarosse, ma la stima del contenuto di gas di dischi è una sfida molto maggiore. Come risultato, gli studi teorici tendono a concentrarsi sul ruolo di polvere e particelle di ghiaccio, prestando relativamente poca attenzione alla componente dei gas.
Eppure i chicchi ghiacciati evaporano e le collisioni producono gas e polveri, così a un certo livello, tutti i dischi di detriti devono contenere una certa quantità di gas.
"Tutti abbiamo bisogno di produrre anelli stretti e altre strutture nei nostri modelli di dischi di detriti, ma una piccola quantità di gas è insufficente per essere rilevabile nella maggior parte dei sistemi attuali", ha detto il co-autore Marc Kuchner, astrofisico della NASA Goddard Space Flight Center di Greenbelt, nel Maryland
Ecco come funziona:
Quando la luce ultravioletta ad alta energia, dalla stella centrale, colpisce una macchia di polvere e grani di ghiaccio, spinge gli elettroni lontano.
Questi elettroni ad alta velocità, poi si scontrano con il calore del gas nelle vicinanze.
La pressione del gas modifica la forza di trascinamento sulla polvere orbitante, causandone la crescita e l'interazione, che gli astronomi chiamano instabilità fotoelettrica, continua e a cascata.
I ciuffi crescono in archi, anelli, e con le caratteristiche ovali in decine di migliaia di anni, un tempo relativamente breve rispetto ad altre forze al lavoro in un giovane Sistema Solare.
Un modello sviluppato da Lyra e Kuchner mostra il processo di lavoro.
"Siamo rimasti affascinati nel guardare queste forme strutturarsi nelle simulazioni", ha detto Lyra. "Alcuni degli anelli cominciano ad oscillare e in qualsiasi momento hanno l'aspetto degli anelli di polvere che vediamo intorno a molte stelle, come Fomalhaut".
Inoltre, i densi ciuffi (molte volte la densità della polvere conosciuta altrove) si formano nel disco anche durante la simulazione.
Quando un cespuglio in un anello diventa troppo denso, l'anello si rompe in archi e gli archi a poco a poco si restringono fino a quando resta ad un solo ciuffo compatto. Nei dischi reali i detriti, alcuni di questi in densi grumi potrebbero riflettersi abbastanza bene per essere direttamente osservabili.
"Vorremmo rilevare questi ciuffi come fonti luminose in movimento di luce, che è proprio quello che stiamo cercando quando ricerchiamo i pianeti", aggiunge Kuchner.
I ricercatori concludono che l'instabilità fotoelettrica fornisce una spiegazione semplice e plausibile per molte delle caratteristiche che si trovano nei dischi di detriti, rendendo il lavoro degli astronomi a caccia di pianeti solo un pó più difficile.
A cura di Arthur McPaul
Fonte:
http://www.sciencedaily.com/releases/2013/07/130713095250.htm
Foto:
Questo grafico confronta la massa del gas per diversi sistemi a disco di detriti e spettacoli dove l'instabilità fotoelettrico è più importante. Sistemi come TW Hydrae contengono tanto gas che l'instabilità è soppresso, ma potrebbero sorgere nelle regioni relativamente a gas gratuiti nei pressi del centro del disco. (Credit: NASA Goddard Space Flight Center)
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