ALMA ci dà ragione e ci spiega il perché

ALMA ha “guardato” attentamente attorno a una giovane stella e ha scoperto … ciò che già sapevamo ma non riuscivamo a dimostrare. Sembrerebbe un gioco di parole, ma è invece un risultato straordinario.

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.

luogo di formazione planetaria
L’immagine ripresa da ALMA, dove la parte verde contiene grani di scala millimetrica, ben più grandi di quelli “normali” della parte gialla, non superiori al micron. Solo ALMA poteva notare questa fondamentale differenza nel disco. L’orbita di Nettuno è stata inserita per mostrare la scala. (Fonte: ESO)

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…

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4 Commenti    |    Aggiungi un Commento

  1. Citazione Originariamente Scritto da Vincenzo Zappalà Visualizza Messaggio
    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.

    Sig. Vincenzo, le faccio una domanda un po stupida .
    L'altro giorno facevo dei ragionamenti un po contorti sulla gravità e dopo varie ore di ragionamento, il mio unico neurone si è chiesto : è possibile che la forza di gravità, agisca tramite qualche combinazione particolare della forza nucleare forte e dal campo magnetico?

    Vorrei la sua opinione, la ringrazio .

  2. Citazione Originariamente Scritto da Manni Antonio Visualizza Messaggio
    Sig. Vincenzo, le faccio una domanda un po stupida .
    L'altro giorno facevo dei ragionamenti un po contorti sulla gravità e dopo varie ore di ragionamento, il mio unico neurone si è chiesto : è possibile che la forza di gravità, agisca tramite qualche combinazione particolare della forza nucleare forte e dal campo magnetico?

    Vorrei la sua opinione, la ringrazio .
    caro Antonio,
    direi proprio di no, se non altro perchè la forza di gravità non ha limiti spaziali, mentre quelle nucleari sì. Se, invece vuoi dire che tutte le forze possono ridursi a una sola... beh.... questo è uno dei grandi obiettivi della Scienza.

  3. Caro Enzo,
    il modo con cui si agglomeravano le polveri primordiali era stato sempre il mio cruccio, non riuscivo a darmi una spiegazione convincente, anche perchè non conoscevo la teoria dell'aggregazione così in dettaglio.

    Ora però mi sorge una domanda (una sola? ). Da come viene ben descritto da te il processo, sembra che sia molto complicato e con tempi lunghissimi poter formare un pianeta, seppur di modeste dimensioni come la Terra. O ho male interpretato la questione?

  4. Citazione Originariamente Scritto da SANDRO Visualizza Messaggio
    Caro Enzo,
    il modo con cui si agglomeravano le polveri primordiali era stato sempre il mio cruccio, non riuscivo a darmi una spiegazione convincente, anche perchè non conoscevo la teoria dell'aggregazione così in dettaglio.

    Ora però mi sorge una domanda (una sola? ). Da come viene ben descritto da te il processo, sembra che sia molto complicato e con tempi lunghissimi poter formare un pianeta, seppur di modeste dimensioni come la Terra. O ho male interpretato la questione?
    no, il tempo è sempre lo stesso. La nuova scoperta conferma le idee precedenti e definisce il meccanismo che permettere di riuscire a costruire i planetesimi in un tempo sufficientemente rapido. Diciamo sempre dell'ordine di pochi milioni di anni. La zona di costruzione dura un tempo più che sufficiente per fare lavorare in pace i grani senza distruggersi o essere spinti verso la stella.