Disco protoplanetario di Tw Hydrae: lo studio delle ombre

Le immagini del disco protoplanetario che circonda la nana rossa Tw Hydrae, ottenute dal telescopio spaziale Hubble nel giugno 2021, hanno rivelato la presenza di un’ombra non osservata in precedenza nelle immagini del 2016. Questa scoperta suggerisce l’esistenza di un altro disco annidato all’interno del sistema, offrendo prove della formazione di una coppia di pianeti. Grazie all’orientamento quasi frontale del sistema rispetto alla nostra linea di vista, possiamo osservare in modo ottimale questo “cantiere planetario”.

Nel 2017, gli astronomi avevano individuato un’ombra che attraversava il grande disco di gas e polvere intorno a Tw Hydrae. Questa ombra, tuttavia, non proveniva da un pianeta ma da un disco interno leggermente inclinato rispetto al disco esterno più ampio. Secondo una spiegazione plausibile, la gravità di un pianeta invisibile attirava polvere e gas nell’orbita inclinata del pianeta stesso. Nel 2021, i dati dell’archivio Mast di Hubble hanno rivelato una seconda ombra, suggerendo l’esistenza di un altro disco interno nel sistema.

Tw Hydrae è una giovane stella con meno di 10 milioni di anni, situata a circa 200 anni luce di distanza nella costellazione dell’Idra. Durante la sua infanzia, circa 4,6 miliardi di anni fa, si pensa che il nostro sistema solare fosse simile a questo sistema planetario. La scoperta delle due ombre rappresenta un’opportunità significativa per studiare la formazione dei pianeti.

La seconda ombra è stata osservata il 6 giugno 2021 all’interno di un programma di monitoraggio pluriennale mirato a tracciare le ombre nei dischi circumstellari. Secondo il team di ricerca, l’ipotesi più plausibile per spiegare le differenze tra le due osservazioni è la presenza di due dischi disallineati che proiettano ombre. Nell’osservazione precedente, i dischi erano così vicini l’uno all’altro da non essere rilevati, ma nel corso del tempo si sono separati, rendendo le due ombre chiaramente visibili.

Si ipotizza che i dischi disallineati siano causati dall’attrazione gravitazionale di due pianeti su piani orbitali leggermente diversi. Le osservazioni suggeriscono che i due pianeti siano abbastanza vicini l’uno all’altro. Secondo John Debes di Aura/StScI, primo autore dell’articolo pubblicato su The Astrophysical Journal, se uno dei pianeti si stesse muovendo molto più velocemente dell’altro, ciò sarebbe stato osservato nelle osservazioni precedenti. L’analogia utilizzata è quella di due macchine da corsa che si trovano vicine, ma una sorpassa lentamente l’altra.

Le due ombre compiono un’orbita antioraria attorno alla stella Tw Hydrae e impiegano circa 15 anni per completare un giro completo. Questo è il periodo orbitale atteso per dei pianeti che si trovano a una distanza simile a quella di Giove dal Sole. Inoltre, i due dischi interni sono inclinati di circa cinque o sette gradi rispetto al piano del disco esterno, un valore simile alle inclinazioni orbitali che osserviamo nel nostro sistema solare.

Il disco esterno, su cui si proiettano le ombre, potrebbe estendersi per diverse volte il raggio della fascia di Kuiper. Inoltre, presenta una curiosa lacuna a una distanza doppia rispetto a quella di Plutone dal Sole. Questa lacuna potrebbe essere la prova dell’esistenza di un terzo pianeta nel sistema. Tuttavia, i pianeti interni sarebbero difficili da rilevare poiché la loro luce verrebbe oscurata dalla brillantezza della stella e dalla presenza di polvere nel sistema, che ne attenuerebbe la luce riflessa.

Attualmente, l’osservatorio spaziale Gaia dell’Esa potrebbe essere in grado di rilevare eventuali oscillazioni nella stella causate da pianeti di massa simile a quella di Giove. Tuttavia, questo richiederebbe diversi anni a causa dei lunghi periodi orbitali dei pianeti. I dati su Tw Hydrae provengono dallo Space Telescope Imaging Spectrograph di Hubble, ma un’osservazione più dettagliata delle ombre potrebbe essere ottenuta utilizzando il telescopio spaziale James Webb, che opera nella regione dell’infrarosso.