Grazie al telescopio spaziale Hubble della NASA, gli astronomi hanno completato la più grande e sensibile indagine nel visibile dei polverosi dischi di detriti intorno ad altre stelle, creati dalla collisione di oggetti dopo le fasi di formazione planetaria.
Questi dischi di polvere sono stati osservati sia intorno a giovani stelle di 10 milioni di anni che in stelle di 1 miliardo di anni ed oltre.
"E' come guardare indietro nel tempo e vedere gli eventi distruttivi che una volta erano routine anche nel nostro Sistema Solare, dopo la formazione dei pianeti", ha detto il leader del sondaggio Glenn Schneider, dell'University of Arizona's Steward Observatory.
Lo studio è stato pubblicato sul numero del 1 ottobre della rivista The Astronomical Journal.
Spatially resolved scattered-light images of circumstellar debris in exoplanetary systems constrain the physical properties and orbits of the dust particles in these systems. They also inform on co-orbiting (but unseen) planets, the systemic architectures, and forces perturbing the starlight-scattering circumstellar material. Using Hubble Space Telescope (HST)/Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) broadband optical coronagraphy, we have completed the observational phase of a program to study the spatial distribution of dust in a sample of 10 circumstellar debris systems and 1 "mature" protoplanetrary disk, all with HST pedigree, using point-spread-function-subtracted multi-roll coronagraphy. These observations probe stellocentric distances ≥5 AU for the nearest systems, and simultaneously resolve disk substructures well beyond corresponding to the giant planet and Kuiper Belt regions within our own solar system. They also disclose diffuse very low-surface-brightness dust at larger stellocentric distances. Herein we present new results inclusive of fainter disks such as HD 92945 (Fdisk/F star = 5 × 10–5), confirming, and better revealing, the existence of a narrow inner debris ring within a larger diffuse dust disk. Other disks with ring-like substructures and significant asymmetries and complex morphologies include HD 181327, for which we posit a spray of ejecta from a recent massive collision in an exo-Kuiper Belt; HD 61005, suggested to be interacting with the local interstellar medium; and HD 15115 and HD 32297, also discussed in the context of putative environmental interactions. These disks and HD 15745 suggest that debris system evolution cannot be treated in isolation. For AU Mic's edge-on disk, we find out-of-plane surface brightness asymmetries at ≥5 AU that may implicate the existence of one or more planetary perturbers. Time-resolved images of the MP Mus protoplanetary disk provide spatially resolved temporal variability in the disk illumination. These and other new images from our HST/STIS GO/12228 program enable direct inter-comparison of the architectures of these exoplanetary debris systems in the context of our own solar system.
L'indagine ha rivelato una complessità inaspettata, segno che queste strutture di detriti polverosi sono gravitazionalmente perturbati da pianeti "invisibili" in orbita intorno alle rispettive stelle.
"Abbiamo scoperto che i sistemi non sono semplicemente piatti con superfici uniformi", spiega Schneider. "Questi sono in realtà sistemi di detriti tridimensionali piuttosto complicati, spesso con strutture più piccole incorporate. Alcune delle sottostrutture potrebbero essere segnaposti di pianeti invisibili".
Gli astronomi hanno utilizzato lo Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) a bordo del telescopio Hubble per studiare 10 dischi di detriti circumstellari già noti e quello intorno a MP Mus, un disco protoplanetario maturo di età paragonabile al più giovane dei dischi di detriti.
Uno in particolare, quello intorno alla stella HD 181.327, mostra un'espulsione di detriti nella parte più esterna del sistema, dovuta alla recente collisione di due corpi.
Credit: NASA, ESA, G. Schneider (University of Arizona), and the HST/GO 12228 Team
"Questo spruzzo di materiale è abbastanza distante dalla stella ospite, circa il doppio della distanza tra Plutone è il Sole," ha detto il co-ricercatore Christopher Stark del NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, nel Maryland. "La distruzione catastrofica di un oggetto di grande massa ad una così grande distanza è difficile da spiegare e dovrebbe essere piuttosto rara. Se quello che stiamo osservando è realmente frutto di una collisione, allora il sistema planetario invisibile dovrebbe essere molto caotico".
Un'altra interpretazione per queste irregolarità, potrebbe essere che il disco sia stato misteriosamente deformato dal passaggio di una stella attraverso lo spazio interstellare. "In entrambi i casi, la risposta è emozionante", ha detto Schneider. "Il nostro team sta attualmente esaminando le osservazioni di follow-up che ci aiuteranno a rivelare la vera causa".
Certo è che nel corso degli ultimi anni, gli astronomi hanno osservato una gran varietà di pianeti e sistemi extrasolari, con architetture molto diverse tra loro ed anche imprevedibili rispetto ai modelli.
"Stiamo assistendo ad una diversità simile anche nei sistemi di detriti", ha detto Schneider. "Come sono i pianeti che influenzano i dischi, e come sono i dischi che influenzano i pianeti? C'è una sorta di interdipendenza tra un pianeta e le macerie che accompagnano la sua formazione, che potrebbe influenzare l'evoluzione di questi sistemi di detriti planetari".
Gli astronomi dovranno continuare ad indagare per comprendere le influenze interne ed esterne in tali sistemi, come ad esempio i venti stellari e le interazioni con le nubi di materiale interstellare, il modo in cui sono influenzati dalla massa e dall'età della stella madre e l'abbondanza di elementi più pesanti necessari per costruire i pianeti.
Anche se dal 1995 ad oggi, sono stati scoperti circa 4.000 pianeti extrasolari candidati, per lo più con metodi di rilevazione indiretta, nello stesso periodo di tempo sono stati osservati solo circa due dozzine di dischi di detriti circumstellari. Questo perché i dischi sono in genere 100.000 volte più deboli e spesso molto vicini alle luminose stelle madri. La maggior parte sono stati visti proprio grazie ad Hubble ed alla sua capacità di riprendere immagini ad alto contrasto, bloccando la luce della stella per rilevare il debole disco che la circonda.
Questa indagine potrebbe far luce anche sulle origini del nostro Sistema Solare: quanto osservato intorno a HD 181327 potrebbe non essere molto diverso dalla formazione del sistema Terra - Luna o Plutone - Caronte di oltre 4 miliardi di anni fa.
Riferimenti:
- http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2014/44/
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