Sistemi planetari: da Trieste scoperta rivoluzionaria

TRIESTE – Due anelli concentrici di gas, separati da una zona in cui il gas sembra essere assente e immersi in un più ampio disco di polveri, circondano la nana bianca WD J1328−1450, a circa 1.600 anni luce dalla Terra.

È una struttura mai osservata prima attorno a una stella di questo tipo. Secondo gli autori, a generare il gas nei due anelli potrebbero essere due corpi planetari ancora integri, sopravvissuti alla distruzione del loro sistema.

La scoperta è al centro dello studio A double debris disc around a white dwarf sculpted by two planetary bodies, pubblicato su Nature Astronomy, una delle principali riviste internazionali dedicate all’astronomia, all’astrofisica e alle scienze planetarie.

Il gruppo internazionale è guidato da Nicola Pietro Gentile Fusillo, docente di Astronomia del Dipartimento di Fisica dell’Università di Trieste e associato all’INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste.

Quando una stella come il Sole esaurisce il proprio “carburante”, si trasforma in una nana bianca: un residuo stellare molto denso.

Attorno a essa possono però continuare a orbitare per miliardi di anni frammenti di pianeti e asteroidi, che si scontrano e si disgregano lentamente. Studiare questi resti permette agli astronomi di ricostruire la composizione e la storia di sistemi planetari ormai giunti alla loro fase finale.

Una scoperta inaspettata

WD J1328−1450 era già nota per emettere più radiazione infrarossa del previsto, un segnale che spesso indica la presenza di polvere in orbita.

Gentile Fusillo ha quindi osservato la stella con X-shooter, lo spettrografo del Very Large Telescope dell’European Southern Observatory (ESO), nel deserto dell’Atacama in Cile. La piattaforma di osservazione

I dati hanno rivelato qualcosa di mai visto prima. Nei 21 sistemi con dischi gassosi conosciuti finora, il gas in rotazione produce sempre un segnale con due picchi.

Attorno a WD J1328−1450, invece, i picchi sono quattro: il segno che il gas è organizzato in due anelli concentrici distinti, separati da una zona in cui il gas non è stato rilevato.

L’anello più interno si estende da circa 100.000 a 240.000 chilometri dalla nana bianca; quello esterno va da circa 375.000 chilometri a oltre 1,3 milioni di chilometri. Osservazioni ripetute tra il 2021 e il 2023 mostrano che questa struttura è rimasta stabile per oltre due anni.

Cosa potrebbe averla creata

«Non vediamo direttamente i due corpi planetari, ma possiamo riconoscere la loro probabile presenza dalla forma e dalla composizione del gas», spiega Gentile Fusillo. «È come ricostruire l’architettura di un sistema planetario distrutto a partire dalle tracce lasciate dai suoi ultimi pezzi. Per la prima volta vediamo che, anche attorno a una stella morta, può sopravvivere una configurazione così complessa».

Un indizio importante viene dalla composizione chimica: nell’anello interno il magnesio è presente in abbondanza, mentre in quello esterno è molto più scarso rispetto al calcio. Questo suggerisce che il materiale provenga da due corpi diversi, formatisi in condizioni differenti, oppure da parti diverse di uno stesso corpo, come la crosta e il mantello di un pianeta.

Secondo gli autori, due corpi planetari ancora integri orbiterebbero ciascuno all’interno del proprio anello. Interagendo con la polvere circostante, genererebbero il gas osservato; il gas, raffreddandosi, tornerebbe solido prima di potersi espandere, mantenendo così separati i due anelli.

Per non essere disgregati dalle cosiddette forze mareali esercitate dalla nana bianca, i due corpi devono essere molto compatti e resistenti.

Non è possibile misurarne direttamente le dimensioni, ma i modelli suggeriscono che il corpo più interno sia grande al massimo quanto un asteroide, mentre quello esterno potrebbe raggiungere, come dimensione massima, quella di Cerere, Plutone o persino della Luna.

Perché è importante

La scoperta mette in discussione le attuali teorie su come si formano ed evolvono i dischi di detriti e sull’origine del gas attorno alle nane bianche.

Il lavoro apre nuove domande su come i sistemi planetari si trasformano dopo la morte della loro stella e su quale sarà il destino del nostro Sistema Solare.

Boris Gänsicke, professore di Fisica all’Università di Warwick, ricorda: «Quando, vent’anni fa, il nostro gruppo scoprì il primo disco gassoso di detriti attorno a una nana bianca, non immaginavamo quanto questi sistemi ci avrebbero rivelato sul destino dei sistemi planetari. Tutti i dischi gassosi noti finora mostravano la stessa firma: trovarne due distinti attorno a una stessa nana bianca è quindi una vera sorpresa. Non vedo l’ora di avere osservazioni più dettagliate per capire quali corpi planetari possano aver modellato questo insolito sistema».

Allo studio hanno collaborato anche ricercatori dell’Università di Warwick, della Universidad Técnica Federico Santa María, dell’Imperial College London e dell’Università di Kiel. Il lavoro è stato finanziato dal Programma “Rita Levi Montalcini” del Ministero dell’Università e della Ricerca e dallo European Research Council, nell’ambito del programma Horizon 2020.