Là dove ghiaccia il monossido di carbonio

Non è certo dietro l’angolo, ma per gli astrofisici TW Hydrae è comunque il miglior esempio di sistema planetario in formazione a noi noto. Attorno alla stella che gli dà il nome, grande all’incirca come il Sole e distante 176 anni luce, si trova un disco ricco di gas e polveri  dove piccoli granelli di ghiaccio ‘sporco’ si stanno ammassando per formare oggetti sempre più grandi e, forse, anche pianeti. Una specie di replay di quello che avvenne circa quattro miliardi di anni fa, quando prese forma il nostro Sistema solare. Ma il disco di TW Hydrae possiede un’altra fortunata peculiarità: quella di essere quasi perfettamente perpendicolare alla nostra linea di vista. Un grosso vantaggio che permette di scandagliarne la struttura e la composizione in modo piuttosto dettagliato, dalla sua periferia fino alle regioni più interne.

Proprio come hanno fatto nel loro lavoro appena pubblicato online su Science Express un gruppo di ricercatori guidato da Chunhua Qi dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics di Cambridge, negli USA, e Karin Öberg dell’Università della Virginia, sempre negli Stati Uniti.  Il team si è concentrato sull’individuazione della cosiddetta “linea della neve” della molecola del monossido di carbonio (CO), ovvero la zona oltre la quale questa molecola si trova a una temperatura così bassa da passare dallo stato gassoso a quello solido.  Per far questo hanno sfruttato le osservazioni del telescopio ALMA (l’Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) in Cile per mappare la presenza e la distribuzione nel disco attorno a TW Hydrae di una molecola molto reattiva, composta da due atomi di azoto e un protone (N2H+), dall’esotico nome di diazenylium.

La scelta è caduta su questa molecola perché è una sorta di antagonista del monossido di carbonio, la cui emissione è assai difficile da individuare con un’elevata precisione spaziale. In pratica, il diazenylium è abbondante solo dove il CO allo stato gassoso è quasi del tutto assente poiché è passato alla fase solida sotto forma di ghiaccio. Con questo accorgimento, osservando dove si concentra l’N2H+ si può determinare quindi la zona in cui ghiaccia il monossido di carbonio e tracciare così il profilo della sua “linea della neve”. L’analisi della distribuzione della molecola di diazenylium ha portato a individuare questo confine alla distanza di circa 30 unità astronomiche dalla stella (4 miliardi e mezzo di chilometri), approssimativamente lo spazio che separa Nettuno dal Sole.

Osservazioni della polvere, del monossido di carbonio e della molecola di N2H+ del disco protoplanetario di TW Hydrae. Da sinistra: mappa a 372 GHz prodotta da ALMA, distribuzione del CO ottenuta con SMA e infine quella dell’N2H+ ottenuta dalle osservazioni di ALMA.

“La questione affrontata nell’articolo riguarda la cosiddetta snow-line (linea della neve) cioè il limite oltre il quale una specie molecolare lascia la fase gassosa per depositarsi sulla superficie dei grani di polvere. In parole povere, come ci si allontana abbastanza dalla protostella, la temperatura è sufficientemente bassa per fare congelare le specie molecolari. Va da sé che in questa regione è facilitato il processo di formazione di particelle di polvere sempre più grandi (e chimicamente ricche) per arrivare, dopo un lungo, complicato, e non del tutto compreso processo, ai pianeti”  commenta Claudio Codella, dell’INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri. ”Ultimamente si era studiata la snow-line dell’acqua, molecola ovviamente fondamentale per lo studio di sistemi planetari,  in due dischi: lo stesso TW Hydrae e DG Tauri (quest’ultimo grazie ad un coinvolgimento di ricercatori INAF). Qi e collaboratori ora mostrano in TW Hydrae la snow-line del CO, che è la specie molecolare più’ abbondante dopo l’H2. In pratica, gli autori tracciano la distribuzione spaziale dell’N2H+, uno ione che si distrugge velocemente in presenza di CO in fase gassosa. Le immagini ALMA sono spettacolari mostrando un anello centrato attorno alla stella che identifica in maniera magistrale il punto dove il CO comincia a depositarsi sui grani.

Il contributo di Qi e collaboratori è un piccolo assaggio di quello che il nuovo interferometro ALMA può e potrà fare in futuro per il campo dello studio della formazione di stelle di tipo solare. In particolare, l’alta sensibilità (ottenuta grazie ad una ventina d’antenne che diventeranno più’ di sessanta) e ottenute nella finestra (sub-)millimetrica, combinata con l’alta risoluzione angolare (frazioni di secondo d’arco) permetterà  di investigare come mai prima il gas molecolare associato con sistemi proto-planetari, come è il caso di TW Hya. Il prossimo passo sarà sperabilmente quello di localizzare l’eventuale presenza di molecole organiche complesse, cioè i mattoni usati da una chimica pre-biotica”.