Stelle e pianeti nascono e crescono insieme

Lo rivelano le nane bianche "inquinate" dai pianeti distrutti nella fase di gigante rossa

Raffigurazione artistica di una nana bianca su cui sono in caduta dei detriti planetari (Amanda Smith)

La formazione planetaria avviene all’interno di dischi circumstellari di gas, ghiacci e polveri intorno a giovani stelle. Questo è lo scenario generale, ma nel dettaglio non era chiaro se la formazione planetaria procedesse all’unisono con quella della stella, oppure alcuni milioni di anni dopo. Un nuovo studio sembra indicare che il processo di formazione inizi molto presto, prima di quanto si pensasse. A rivelarlo, quasi paradossalmente, sono i cadaveri stellari di stelle di tipo solare: le nane bianche.

Un team, guidato da Amy Bonsor dell’Università di Cambridge, ha analizzato le firme spettroscopiche di antiche nane bianche, scoprendo che gli elementi costitutivi dei pianeti iniziano ad aggregarsi già durante l’accrescimento della stella e non dopo il raggiungimento delle dimensioni finali, come a lungo ritenuto. Questo nuovo scenario cambia la nostra visione di come si formino i sistemi planetari di stelle come il Sole e risolve un antico dilemma. I risultati sono stati esposti in un articolo pubblicato su Nature Astronomy.

Come antichi registri

Le nane bianche si comportano come dei registri in grado di raccontare la storia della stella progenitrice. I dettagli sono scritti nelle sottili atmosfere di queste stelle morte e per leggerli servono osservazioni spettroscopiche.

Alcune nane bianche sono laboratori sorprendenti, perché le loro atmosfere sottili sono quasi come cimiteri celesti“, ha detto Bonsor. Nello specifico, la classe delle nane bianche inquinate esibisce i segni dei sistemi planetari distrutti durante la fase di gigante rossa. Leggendo le righe spettrali, troviamo le firme del magnesio, ferro e calcio in quelle che dovrebbero invece essere atmosfere pulite. Tali inquinanti derivano da materiali in caduta e sono detriti di oggetti planetari in orbita, quindi anche dei loro interni normalmente non accessibili.

Questo tipo di analisi ha permesso di scoprire i segni dei più antichi sistemi planetari conosciuti nelle atmosfere inquinate di alcune nane bianche ultrafredde.

Le abbondanze rilevate nelle atmosfere sono riconducibili a materiali provenienti da corpi differenziati provenienti da frammenti caduti sulle nane bianche. Tali materiali si sono formati prima di 1 milione di anni, quando la fusione su larga scala è stata alimentata dal decadimento del 26Al. [Tratto da Bonsor A. et al.
Nat Astron (2022)]

I giovani sistemi planetari

Le osservazioni spettroscopiche di nane bianche inquinate permettono quindi di sondare anche la costituzione interna di quei corpi frammentati, fornendo indicazione dell’ambiente in cui si sono formati.

Secondo gli attuali modelli, gli embrioni planetari si formano per progressiva aggregazione di polvere tenuta insieme da cariche elettrostatiche e matrici ghiacciate. Tali planetesimi continueranno ad accrescersi sino ad assumere dimensioni planetarie, altri rimarranno come asteroidi. Sono in particolare questi ultimi la fonte del materiale in caduta sulle nane bianche. 

Nello specifico, il gruppo di astronomi ha analizzato le atmosfere di 200 nane bianche alla ricerca delle firme chimiche riconducibili a oggetti precipitati su di esse. Le analisi hanno dimostrato che gli elementi osservati possono essere spiegati con oggetti fusi una sola volta e differenziati, per precipitazione del ferro nei loro nuclei. Lo stesso processo è avvenuto per la Terra egli altri pianeti rocciosi del Sistema Solare.

Il ruolo degli elementi radioattivi

Secondo lo studio, la fusione può essere attribuita a elementi radioattivi di vita molto breve, che esistevano solo nelle prime fasi del sistema planetario ed esauritisi entro il primo milione di anni.

In altre parole, se questi asteroidi sono stati fusi da qualcosa che esiste solo per un tempo molto breve all’alba del sistema planetario, allora il processo di formazione dei pianeti deve iniziare molto rapidamente. Il nostro studio integra un crescente consenso nel campo secondo cui la formazione dei pianeti è iniziata presto, con i primi corpi che si sono formati in concomitanza con la stella.  Le analisi delle nane bianche inquinate ci dicono che questo processo di fusione radioattiva è un meccanismo potenzialmente onnipresente che influenza la formazione di tutti i pianeti extrasolari“, ha proseguito Bensor.

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Informazioni su Giuseppe Donatiello 296 Articoli
Nato nel 1967, astrofilo da sempre. Interessato a tutti gli aspetti dell'astronomia, ha maturato una predilezione per il deep-sky, in particolare verso i temi riguardanti il Gruppo Locale e l'Universo Locale. Partecipa a programmi Pro-Am nello studio dei flussi stellari in galassie simili alla Via Lattea mediante tecniche di deep-imaging. Ha scoperto sei galassie nane vicine: Donatiello I (2016), Donatiello II, III e IV nel sistema di NGC 253 (2020), Pisces VII (2020) e Pegasus V (2021) nel sistema di M31. Astrofotografo e autore di centinaia di articoli, alcuni con revisione paritaria.