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Allargamento per pressione delle righe di emissione: misurare direttamente la distribuzione del gas
Determinare la distribuzione dell’idrogeno, che costituisce la maggior parte della massa dei dischi protoplanetari, è essenziale per comprendere la formazione dei sistemi planetari e la composizione dei giganti gassosi. Nelle condizioni tipiche dei dischi, però, l’idrogeno non emette radiazione facilmente osservabile.
Analizzando dati d’archivio di ALMA, abbiamo scoperto che le righe del monossido di carbonio nella regione centrale del disco di TW Hya presentano un profilo caratteristico, dovuto all’allargamento per pressione. È stata la prima rilevazione di questo fenomeno in un disco protoplanetario. Sfruttandolo, abbiamo posto vincoli diretti sulla distribuzione della densità del gas nelle regioni interne: entro 5 au dalla stella si trovano circa otto masse gioviane di gas.
Per approfondire: comunicato stampa NAOJ — Model-Independent Method to Weigh Protoplanetary Disks.
Articolo: Yoshida et al., 2022, ApJL, 937, L14. Selezionato tra gli highlights AAS: AAS Nova — Under Pressure.
Abbiamo poi applicato questo metodo ad altri oggetti. Con i dati del programma ALMA exoALMA abbiamo misurato la distribuzione del gas nel disco attorno alla giovane stella RX J1604.3-2130 A, mostrando che la polvere si concentra dove la pressione del gas raggiunge un massimo.
Articolo: Yoshida et al., 2025, ApJL, 984, L19. Maggiori informazioni su exoALMA.
Le ali delle righe prodotte dall’allargamento per pressione tracciano direttamente il piano mediano del disco. Questa proprietà permette di stimarne la temperatura, finora difficile da misurare, e quindi di ricavare informazioni sulla polvere. Abbiamo stimato la temperatura del piano mediano di TW Hya e, confrontandola con l’emissione della polvere, posto vincoli sulle dimensioni e sulla composizione dei grani.
Articolo: Yoshida et al., 2025, ApJ, 980, 50.
Alla ricerca di esopianeti in formazione
Osservare pianeti mentre si formano nei dischi protoplanetari permette di studiare in dettaglio il processo di formazione planetaria. Abbiamo rilevato per la prima volta l’emissione di isotopologhi del monosolfuro di silicio (SiS) nel disco attorno a MP Muscae. Questa emissione può essere interpretata come proveniente dall’inviluppo che circonda un pianeta di massa molto inferiore a quella di Giove.
Articolo: Yoshida et al., 2026, ApJL, 999, L22.
Nel disco di TW Hya abbiamo inoltre scoperto, attraverso l’emissione del monossido di zolfo (SO), un flusso di gas che potrebbe essere espulso da un protopianeta nelle prime fasi di formazione. La velocità del flusso suggerisce una massa planetaria di circa quattro masse terrestri; il tasso di perdita di massa permette di stimare un tasso di accrescimento sul protopianeta di circa 3 × 10⁻⁴ masse terrestri all’anno. Queste stime sono coerenti con le previsioni teoriche. Studiare questi flussi potrebbe aiutarci a capire come crescono i pianeti.
Articolo: Yoshida et al., 2024, ApJL, 971, L15. Selezionato tra gli highlights AAS: AAS Nova — A Baby Planet Reveals Its Hiding Place.
L’astronomia nel dominio del tempo rivela una regione di formazione planetaria gravitazionalmente instabile
Grazie a sette anni di osservazioni con ALMA, abbiamo ricostruito il movimento del disco protoplanetario attorno a IM Lup, nella costellazione del Lupo, rivelando la dinamica delle sue regioni interne.
Il risultato fornisce la prima evidenza osservativa di instabilità gravitazionale in una regione di formazione planetaria e suggerisce che questo meccanismo abbia un ruolo importante nella nascita dei sistemi planetari.
Per approfondire: comunicato stampa ALMA — Winding Motion of Planet-Forming Spirals Captured on Video for the First Time.
Articolo: Yoshida et al., 2025, Nature Astronomy.
Rapporti isotopici del gas molecolare nei dischi protoplanetari
I rapporti isotopici sono uno strumento importante per ricostruire l’evoluzione e il trasporto della materia dai dischi protoplanetari ai sistemi planetari. Misurarli nel gas molecolare dei dischi è stato però difficile.
Abbiamo sviluppato un metodo che utilizza le ali delle righe di emissione molecolare e lo abbiamo applicato ai dati d’archivio ALMA del disco di TW Hya per misurare il rapporto ¹²CO/¹³CO. Il rapporto risulta basso entro 100 au e più elevato nelle regioni esterne: è stata la prima osservazione di una variazione così marcata del rapporto isotopico del carbonio tra le regioni interne ed esterne di uno stesso disco.
Il confronto con altri dischi e con materiali del Sistema solare, come i meteoriti, potrà aiutare a indagare l’origine della materia nei sistemi planetari. Approfondimento ALMA.
Articolo: Yoshida et al., 2022, ApJ, 932, 126.
Abbiamo inoltre identificato righe di ¹³CN nei dati d’archivio ALMA del disco di TW Hya. Combinandole con osservazioni di ¹²CN e modelli fuori dall’equilibrio termodinamico locale, abbiamo ricavato un rapporto ¹²CN/¹³CN di circa 70. Il valore è vicino al rapporto ¹²C/¹³C del mezzo interstellare, ma diverso da quello misurato nel monossido di carbonio e nell’acido cianidrico. Ciò suggerisce processi complessi di frazionamento isotopico del carbonio nei dischi protoplanetari.
Articolo: Yoshida et al., 2024, ApJ, 966, 63.
Variabilità temporale dei getti protostellari
Capire come viene determinata la massa delle stelle simili al Sole è una delle domande centrali nello studio della formazione stellare. Le protostelle nascono dal collasso gravitazionale delle nubi molecolari e crescono accrescendo gas, mentre ne espellono una parte attraverso getti e flussi. Queste espulsioni influenzano la massa finale della stella.
Per comprenderne i meccanismi occorre misurare le proprietà fisiche del gas espulso. Con il Submillimeter Array (SMA) abbiamo determinato grandezze come il tasso di perdita di massa e l’energia del getto e del flusso della protostella L1448C(N). Tre campagne osservative distribuite su circa dieci anni hanno rivelato il movimento dei nodi del getto sul piano del cielo e la comparsa di nuovi nodi.
Articolo: Yoshida et al., 2021, ApJ, 906, 112.