Webb cerca la cintura di asteroidi di Fomalhaut e scopre molto di più

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Gli astronomi hanno utilizzato il telescopio spaziale James Webb della NASA per visualizzare la polvere calda attorno a una giovane stella vicina, Fomalhaut, al fine di studiare la prima cintura di asteroidi vista al di fuori del nostro sistema solare alla luce infrarossa. Ma con loro sorpresa, le strutture polverose sono molto più complesse delle cinture di polvere di Kuiper e Kuiper nel nostro sistema solare. Complessivamente, ci sono tre cinture sovrapposte che si estendono fino a 14 miliardi di miglia (23 miliardi di km) dalla stella; Questa è una distanza di 150 volte la distanza tra la Terra e il Sole. La fascia esterna è circa il doppio della fascia di Kuiper del nostro sistema solare, composta da piccoli corpi e polvere fredda oltre Nettuno. Le cinture interne – mai viste prima – furono rivelate da Webb per la prima volta.

Le cinture circondano la calda giovane stella, che è visibile ad occhio nudo come la stella più luminosa della costellazione australe dei Pesci Austrinus. Le cinture polverose sono detriti dalla collisione di corpi più grandi, simili ad asteroidi e comete, e sono spesso descritte come “dischi di detriti”. “Caratterizzerei Fomalhaut come l’archetipo dei dischi di detriti trovati altrove nella nostra galassia, perché contengono componenti simili a quelli trovati nel nostro sistema planetario”, ha detto András Gáspár dell’Università dell’Arizona a Tucson e autore principale del nuovo articolo. descrivere questi risultati. “Osservando gli schemi in questi anelli, possiamo effettivamente iniziare a tracciare un piccolo schema di come dovrebbe apparire un sistema planetario, se riusciamo effettivamente a scattare una foto abbastanza profonda da vedere i pianeti sospetti”.

Il telescopio spaziale Hubble e l’Osservatorio spaziale Herschel, così come l’Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), hanno catturato immagini nitide della cintura esterna. Tuttavia, nessuno di loro ne ha trovato alcuna struttura interna. Le cinture interne furono risolte per la prima volta da Webb alla luce infrarossa. “Dove Webb eccelle davvero è che siamo in grado di risolvere fisicamente il bagliore termico della polvere in quelle regioni interne. Quindi puoi vedere le cinture interne che non siamo stati in grado di vedere prima”, ha detto Schuyler Wolf, un altro membro del team dell’Università dell’Arizona.

Hubble, ALMA e Webb stanno unendo le etichette per compilare una visione completa dei dischi di detriti attorno a un certo numero di stelle. “Utilizzando Hubble e ALMA, siamo stati in grado di visualizzare una gamma di isotopi della fascia di Kuiper e abbiamo imparato molto su come si formano e si evolvono i dischi esterni”, ha affermato Wolf. Ma abbiamo bisogno di Webb per permetterci di immaginare una dozzina di cinture di asteroidi altrove. Possiamo imparare tanto sulle calde regioni interne di questi dischi quanto Hubble e ALMA ci hanno insegnato sulle regioni esterne più fredde».

Queste cinture sono probabilmente scolpite dalle forze gravitazionali prodotte dai pianeti invisibili. Allo stesso modo, all’interno del nostro sistema solare, la fascia degli asteroidi è circondata da Giove, il bordo interno della fascia di Kuiper è scolpito da Nettuno e il bordo esterno può essere sfiorato da corpi non ancora visti. Man mano che Webb descrive più sistemi, impareremo a conoscere le configurazioni dei loro pianeti.

L’anello di polvere di Fomalhaut è stato scoperto nel 1983 durante le osservazioni effettuate dall’Infrared Astronomy Satellite (IRAS) della NASA. L’esistenza dell’anello è stata anche dedotta da precedenti osservazioni a lunghezza d’onda più lunga utilizzando telescopi submillimetrici su Mauna Kea, Hawaii, il telescopio spaziale Spitzer della NASA e l’Osservatorio submillimetrico di Caltech.

“Le cinture intorno a Fomalhaut sono una specie di romanzo giallo: dove sono i pianeti?” ha detto George Rick, un altro membro del team e responsabile scientifico statunitense per il Webb Medium Infrared Instrument (MIRI), che ha effettuato le osservazioni. “Penso che non sia troppo grande dire che potrebbe esserci un sistema planetario davvero interessante attorno alla stella”.

“Certamente non ci aspettavamo la struttura più complessa con la seconda fascia intermedia e poi la più ampia fascia di asteroidi”, ha aggiunto Wolf. “Questa struttura è così eccitante perché ogni volta che un astronomo vede uno spazio vuoto e suona in un disco, dice: ‘Potrebbe esserci un pianeta incorporato che forma gli anelli!'” “

Webb ha anche immaginato quella che Gáspár chiama una “grande nuvola di polvere” che potrebbe essere la prova di una collisione nell’anello esterno tra due corpi protoplanetari. Questa è una caratteristica diversa da un pianeta sospetto visto per la prima volta all’interno dell’anello esterno da Hubble nel 2008. Successive osservazioni di Hubble ha mostrato che nel 2014 l’oggetto era sparito. Una spiegazione plausibile è che, come la precedente, questa caratteristica appena scoperta sia una nuvola in espansione di particelle di polvere molto fini provenienti da due corpi ghiacciati che si scontrano tra loro.

L’idea di un disco protoplanetario attorno a una stella risale alla fine del XVIII secolo, quando gli astronomi Immanuel Kant e Pierre Simon Laplace svilupparono una teoria secondo cui il sole e i pianeti si formarono da una nube di gas rotante che collassava e si appiattiva a causa della gravità. I dischi di detriti si sviluppano successivamente, dopo la formazione dei pianeti e la diffusione del gas primordiale nei sistemi. Hanno dimostrato che piccoli corpi come gli asteroidi si scontrano in modo catastrofico e le loro superfici si frantumano in enormi nuvole di polvere e altri detriti. Le osservazioni della sua polvere forniscono indizi unici sulla struttura del sistema di esopianeti, che vanno dai pianeti delle dimensioni della Terra fino agli asteroidi, che sono molto più piccoli di quelli visti individualmente.

I risultati del team sono pubblicati sulla rivista astronomia naturale.

Il James Webb Space Telescope è il principale osservatorio di scienze spaziali del mondo. Le osservazioni di Fomalhaut hanno utilizzato lo strumento nel medio infrarosso (MIRI), fornito dalla NASA e dall’Agenzia spaziale europea (ESA), con lo strumento progettato e costruito da un consorzio di istituti europei finanziati a livello nazionale (MIRI European Consortium) e dal Jet Propulsion Laboratory della NASA in collaborazione con l’Università dell’Arizona. Webb risolverà i misteri nel nostro sistema solare, guarderà oltre i mondi lontani attorno ad altre stelle e sonderà strutture misteriose e le origini dell’universo e il nostro posto in esso. Webb è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner, l’ESA e l’Agenzia spaziale canadese.