Prove di un gigantesco impatto in un vicino sistema stellare che spoglia l’atmosfera di un pianeta

È probabile che tali collisioni planetarie siano comuni nei giovani sistemi solari, ma non sono state osservate direttamente.

I sistemi planetari più giovani generalmente sperimentano gravi dolori della crescita, poiché i corpi dei bambini si scontrano e si fondono per formare pianeti progressivamente più grandi. Nel nostro sistema solare, si pensa che la Terra e la Luna siano prodotti di questo tipo di impatto gigante. Gli astronomi ritengono che tali collisioni avrebbero dovuto essere comuni nei primi sistemi, ma erano difficili da osservare intorno ad altre stelle.

Ora gli astronomi in Insieme a, e la National University of Ireland di Galway e l’Università di Cambridge e altrove hanno scoperto prove di una gigantesca collisione in un sistema stellare vicino, a soli 95 anni luce dalla Terra. La stella, chiamata HD 172555, ha circa 23 milioni di anni e gli scienziati sospettano che la sua polvere contenga tracce di un recente impatto.

Il team guidato dal Massachusetts Institute of Technology ha osservato ulteriori prove di un gigantesco impatto attorno alla stella. Hanno determinato che la collisione molto probabilmente si è verificata tra un pianeta delle dimensioni circa della Terra e uno più piccolo di almeno 200.000 anni fa, a 10 chilometri al secondo, o più di 22.000 miglia all’ora.

Fondamentalmente, hanno rilevato del gas che indica che un impatto così veloce probabilmente eliminerebbe parte dell’atmosfera del pianeta più grande, un evento emozionante che spiegherebbe il gas e la polvere osservati attorno alla stella. I risultati, che appaiono oggi in temperamento natura, rappresenta il primo rilevamento del suo genere.

«Questa è la prima volta che rileviamo questo fenomeno, di spogliare le atmosfere dei protopianeti in un impatto gigantesco», afferma l’autrice principale Tajana Schneiderman, una studentessa laureata presso il Dipartimento di Scienze della Terra, dell’atmosfera e dei pianeti del MIT. «Tutti sono interessati a osservare un effetto gigante perché ci aspettiamo che sia comune, ma non abbiamo prove in molti sistemi per questo. Ora abbiamo ulteriori informazioni su queste dinamiche».

segnale chiaro

La stella HD 172555 è stata oggetto di intrighi tra gli astronomi a causa della composizione insolita della sua polvere. Le osservazioni degli ultimi anni hanno mostrato che la polvere di stelle contiene grandi quantità di minerali insoliti, in grani molto più fini di quanto gli astronomi si aspetterebbero da un tipico disco di detriti stellari.

«A causa di questi due fattori, si pensa che HD 172555 sia questo sistema particolare», afferma Schneiderman.

Lei ei suoi colleghi si sono chiesti cosa potrebbe rivelare il gas sulla storia dell’impatto del sistema. Hanno guardato i dati ottenuti prima Alma, l’Atacama Large Millimeter Array in Cile, che comprende 66 radiotelescopi, le cui distanze possono essere regolate per aumentare o diminuire la risoluzione delle loro immagini. Il team ha esaminato i dati degli archivi pubblici di ALMA, alla ricerca di segni di monossido di carbonio intorno alle stelle vicine.

«Quando le persone vogliono studiare il gas nei dischi di detriti, il monossido di carbonio è il più brillante e quindi più facile da trovare», afferma Schneiderman. «Quindi, abbiamo esaminato di nuovo i dati sul monossido di carbonio per HD 172555 perché era un sistema interessante».

di conseguenza

Con un’attenta rianalisi, il team è stato in grado di rilevare il monossido di carbonio intorno alla stella. Quando hanno misurato la sua abbondanza, hanno scoperto che il gas costituiva il 20 percento del monossido di carbonio in esso contenuto Venere‘Atmosfera. Hanno anche notato che il gas stava orbitando in grandi quantità, sorprendentemente vicino alla stella, a circa 10 AU, o 10 volte la distanza tra la Terra e il Sole.

«La presenza di monossido di carbonio in questa stretta vicinanza richiede alcune spiegazioni», afferma Schneiderman.

Questo perché il monossido di carbonio è tipicamente soggetto a fotodissociazione, un processo in cui i fotoni di una stella si rompono e distruggono la molecola. A distanza ravvicinata, di solito c’è molto poco monossido di carbonio vicino alla stella. Pertanto, il gruppo ha testato diversi scenari per spiegare l’abbondante comparsa del gas.

Hanno rapidamente escluso uno scenario in cui il gas provenisse dai detriti di una stella appena formata, nonché uno scenario in cui il gas fosse prodotto da una vicina fascia di asteroidi ghiacciati. Hanno anche considerato uno scenario in cui il gas veniva emesso da molte comete ghiacciate che scorrevano da una lontana cintura di asteroidi, simile alla nostra cintura di Kuiper. Ma neanche i dati si adattavano perfettamente a quello scenario. Lo scenario finale che il team ha considerato era che il gas fosse rimasto da un impatto gigantesco.

«Di tutti gli scenari, solo lui può spiegare tutte le caratteristiche dei dati», afferma Schneiderman. «Nei sistemi di questa età, ci aspettiamo che ci saranno effetti giganteschi e ci aspettiamo che gli effetti giganti siano davvero molto comuni. Le scale temporali funzionano, l’età funziona, i vincoli morfologici e compositivi funzionano. L’unico processo plausibile che può produrre monossido di carbonio in questo sistema è in questo contesto. È un impatto enorme».

Il team stima che il gas sia stato rilasciato da una gigantesca collisione avvenuta almeno 200.000 anni fa, abbastanza recente che la stella non ha avuto il tempo di distruggere completamente il gas. A seconda dell’abbondanza del gas, è probabile che l’impatto sia enorme, coinvolgendo due protopianeti, probabilmente delle dimensioni della Terra. L’effetto è stato così grande che probabilmente ha causato l’esplosione di parte dell’atmosfera di un pianeta, sotto forma di gas che il team ha osservato oggi.

«Ora c’è il potenziale per il lavoro futuro al di fuori di questo sistema», afferma Schneiderman. «Mostriamo che se trovi il monossido di carbonio in una posizione e una morfologia compatibili con un impatto gigante, fornisce un nuovo modo per cercare impatti giganti e capire come si comportano i detriti in seguito».

dice Helk Schleichting, professore di scienze della Terra, planetarie e spaziali presso l’UCLA, che non è stato coinvolto nella ricerca. «Apre anche la possibilità di studiare la composizione dell’atmosfera di ulteriori pianeti solari che subiscono impatti giganteschi, che possono eventualmente aiutare a far luce sullo stato delle atmosfere dei pianeti terrestri durante la loro fase di impatto gigantesco».

Riferimento: «Monossido di carbonio da un impatto gigante all’interno di un sistema giovane» di Tajana Schneiderman, Luca Matra, Alan B. Jackson, Grant M. Kennedy, Quentin Krall, Sebastian Marino, Karen I. Oberg e Kate Yell. Su, David J. Wellner e Mark C. White, 20 ottobre 2021, disponibile qui. temperamento natura.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03872-x

Questa ricerca è stata in parte supportata dall’Osservatorio ALMA e dalla Fondazione Simons.