ALMA ci dà ragione e ci spiega il perché

Come ho detto e scritto varie volte la crescita di un pianeta avviene attraverso un processo semplicissimo: piccolo grani di polvere si uniscono tra loro, crescono e ne catturano altri grazie alla propria gravitazione. Si originano così i mattoni primordiali che da pochi centimetri arrivano fino ai metri, ai chilometri e alle migliaia di chilometri. Sto parlando del ben noto accrescimento planetario.  Tutto sembra ovvio e il meccanismo è stato dato da tempo come quello base per la costruzione dei pianeti rocciosi. Perché allora il fatto che ALMA lo abbia visto agire direttamente ha fatto tanto scalpore?

Finora la formazione planetaria si basava su una teoria, confermata da molti dati, ma pur sempre una teoria mai verificata praticamente. Non solo, però. I modelli che fornivano l’andamento dell’accrescimento attraverso molti ordini di grandezza non riuscivano a spiegare veramente perché il processo potesse veramente effettuarsi. In altre parole, tutto filava liscio a livello globale, ma restavano molti lati misteriosi e insoluti. E’ la prima volta che il processo si è mostrato nella sua completezza e le osservazioni di ALMA ci hanno fornito le parti mancanti. Ora non solo sappiamo che quello che credevamo era giusto, ma abbiamo anche la spiegazione per i punti oscuri e irrisolti.

Durante gli ultimi anni abbiamo imparato che le stelle sono ricche di pianeti, di ogni dimensione. Tuttavia, il processo formativo poneva una domanda a cui non si era ancora capaci di dare una risposta: “Come possono realmente i grani di polvere esistenti in un disco proto planetario unirsi e crescere sempre di più fino a raggiungere le dimensioni superiori al metro?”. Una domanda , questa, che normalmente restava  nel vago, dato che il processo doveva essere quello giusto. Finalmente, la risposta è arrivata e toglie un peso sullo stomaco di molti planetologi.

Il vero problema della teoria accrescitiva è il seguente: i grani di polvere aumentano di dimensioni urtandosi tra loro a bassa velocità. Tuttavia, non sempre le velocità relative restano al di sotto di un certo limite (ciò dipende dalle orbite delle singole particelle). Pur senza raggiungere quelle molto elevate che hanno interrotto la crescita del pianeta “asteroidale”, anche quelle “normali”, presenti nel disco, avrebbero potuto facilmente causare la distruzione di quel poco che si era faticosamente costruito. Ci sarebbe voluto qualcosa che prevenisse SEMPRE questa possibilità. Qualcosa che aiutasse il granellino già cresciuto a non frammentarsi nuovamente in pezzetti più piccoli. Una colla speciale o condizioni particolari, insomma. Oltretutto, anche a bassa velocità, i grani più grandi tenderebbero a cadere verso la stella a causa della frizione con quelli molto più piccoli, apparentemente inoffensivi.

In qualche modo, la polvere ha bisogno di un luogo sicuro dove poter crescere in dimensioni senza essere trascinata verso il centro del sistema o venire sgretolata. Un rifugio dove poter raggiungere le dimensioni sufficienti per combattere da soli contro i pericoli esterni. In altre parole, era necessario che vi fossero delle specie di “trappole” per la polvere, dove farla crescere indisturbata. Queste particolari condizioni erano già state ipotizzate, ma senza alcun riscontro osservativo. L’origine di queste trappole si basa su vortici nel gas del disco che devono mantenere una situazione stabile per centinaia di migliaia di anni. Poi, anche scomparendo queste condizioni, i granelli  accumulatisi potrebbero resistere per milioni di anni prima di essere disperse: un tempo più che sufficiente per diventare corpi praticamente indistruttibili e capaci di aumentare velocemente le proprie dimensioni accumulando altra materia attraverso la gravità e gli scontri.

Proprio a Leida, in Olanda, dove ha lavorato il grande Oort e dove il ben più modesto sottoscritto ha trascorso un mese importantissimo per la sua carriera professionale, un laureando ha avuto l’occasione di usare ALMA e di studiare il disco chiamato Oph-IRS 48, a circa 400 anni luce da noi.  Egli ha trovato che la stella era circondata da un anello di gas con un buco al centro (probabilmente creato da un pianeta già formato). In altre parole, niente di speciale, dato che configurazioni simili si sono ormai osservate spesso e volentieri. Ciò che però nessuno si aspettava era la forma della zona in cui si trovavano granelli di polvere più grandi del millimetro (un bel passo in avanti rispetto a quella iniziale). Il disco aveva una struttura inaspettata, simile a quella degli “anacardi”. Solo ALMA può arrivare a tale definizione dell’immagine che altrimenti sarebbe stata considerata molto più banale. La “nocciolina” era proprio la trappola in cui i granelli di polvere potevano crescere urtandosi e unendosi insieme, una specie di sicura tasca di un canguro.

E’ come se si fosse entrati all’interno di una fabbrica di comete o planetesimi. Un angolo appartato dove costruire oggetti di dimensioni dell’ordine del chilometro e anche più. La zona osservata da ALMA è troppo lontana dalla stella per sperare in una costruzione che arrivi fino alle dimensioni planetarie, ma il processo è quello aspettato. ALMA tra non molto troverà sicuramente  una nocciolina nella giusta posizione.

La trappola si forma quando le particelle più grandi si muovono verso regioni ad alta pressione. Queste zone possono nascere dal moto del gas ai bordi di una sua instabilità nel disco.

E pensare che ALMA è ancora a mezzo servizio…