RICERCA ITALIANA     

Dalle stelle ai pianeti: accrescimento, evoluzione dei dischi e formazione dei pianeti

INAF - Osservatorio Astrofisico Arcetri

Abstract

Proponiamo una ricerca coordinata osservativa, teorica e sperimentale finalizzata alla migliore comprensione delle proprieta' ed evoluzione dei dischi circumstellari e della loro relazione con la formazione planetaria.

Una parte sostanziale del progetto sara' dedicata a uno studio in profondita' delle regioni interne del disco in un numero limitato di oggetti di proprieta' note. Il disco interno e' la parte piu' "attiva" del disco: l'interazione tra il campo magnetico del sistema stella/disco e la rotazione domina i moti del gas, che accresce in parte sulla stella lungo le linee magnetiche ed e' in parte espulso dal sistema in forma di venti e getti collimati. Nelle stesse regioni la polvere, che e' la sorgente dominante di opacita', evapora, causando cambiamenti importanti nella geometria del disco stesso. Studi delle regioni interne dei dischi richiedono strumenti di alta risoluzione spaziale e spettrale, che stanno ora diventando disponibili. Il nostro progetto comprende osservazioni interferometriche e modellizzazione della geometria della regione di evaporazione della polvere; caratterizzazione spettroscopica del gas in caduta sulla stella; osservazioni di alta risoluzione spaziale e spettrale della regione di lancio dei getti; studio degli effetti di "feedback" sul disco dell'emissione ad alta energia dello shock di acrescimento e del getto stesso. Ci proponiamo inoltre di dedicare una parte significativa del nostro lavoro al miglioramento dei modelli >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Antonella NATTA INAF - Osservatorio Astrofisico ARCETRI

Obiettivo del Programma di Ricerca

Lo scopo di questo progetto di ricerca e' di migliorare la comprensione di alcuni dei piu' importanti processi che determinano l'evoluzione dei dischi circumstellari e influiscono sulla formazione dei sistemi planetari. Il progamma fa uso delle esperienze e capacita' diverse, ma collegate, di alcuni gruppi di ricerca attivi in Italia. La collaborazione e' cominciata da qualche tempo, nel contesto di un progetto di ricerca cofinanziato dal MIUR, e ha prodotto risultati interessanti nello studio delle nane brune e delle stelle di massa molto bassa, migliorando significativamente l'impatto nel campo dei singoli gruppi di ricerca. Ora ci proponiamo di sfruttare al meglio le collaborazioni gia' stabilite in alcuni campi (ad esempio la definizione di campioni statistici, lo studio dei getti collimati, etc.) e di estenderle ad altri gruppi attivi negli studi di formazione e ricerca di pianeti per studiare il problema della evoluzione dei dischi circumstellari e della formazione dei pianeti.

Una prima area di ricerca consiste nello studio dei processi fisici che avvengono nei dischi (e piu' in particolare nelle regioni interne, i.e., vicine alla stella) intorno a stelle in fase di pre-sequenza principale (PMS) per mezzo di osservazioni dettagliate e modelli di oggetti singoli. In questo ambito, abbiamo in programma: i) uno studio delle proprieta' geometriche e fisiche del disco nelle regioni di evaporazione dei grani, combinando osservazioni interferometriche nel >>>

Risultati parziali attesi

Ci proponiamo di ottenere risultati significativi in ciascuna delle tre aree principali del progetto, come elencato nel seguito. Il programma inoltre prevede una serie di esperimenti pilota, di sviluppo di modelli funzionali alla interpretazione dei risultati osservativi e di osservazioni di supporto, dettagliate nella descrizione del programma di ricerca, e che prevediamo di completare nel corso del progetto.

i) Studio dettagliato di struttura e proprieta' fisiche dei dischi nella fase di pre-sequenza principale.

Le osservazioni interferometriche con AMBER, interpretate nell'ambito di modelli di struttura del disco ci permetteranno di determinare la geometria delle regioni interne dei dischi attorno a un campione di stelle. Ci aspettiamo di ottenere le prime osservazioni entro la fine del primo anno e di completarne l'interpretazione teorica entro il secondo. Durante il primo anno contiamo anche di predisporre i modelli teorici necessari all'interpretazione delle osservazioni spettroscopiche e alla determinazione del tasso di accrescimento. Nell'ambito dello studio della emissione dei getti e della loro interazione con il disco ci aspettiamo durante il primo anno di estendere a una decina il numero di oggetti per cui sara' stato osservato il campo di velocita' toroidale alla base del getto. Ci aspettiamo quindi di essere in grado di confrontare in maniera quantitativa e su un campione di oggetti le osservazioni con le predizioni dei >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Stelle di massa solare (i.e., da circa 2 a 0.5 masse solari) si formano dal collasso gravitazionale di un nucleo molecolare, che da' origine a una o al massimo alcune stelle (Shu et al. 1987). Una parte necessaria di questo processo e' la formazione di un disco di accrescimento, che permette la caduta sulla stella di materia del nucleo con momento angolare non nullo. Risultati recenti indicano che lo stesso meccanismo di formazione si applica anche a oggetti di massa sub-stellare, nane brune e oggetti di massa planetaria, che vengono trovati in numero crescente nelle regioni di formazione stellare (e.g., Martin 2003).

I dischi vivono molto piu' a lungo di questa prima fase di formazione stellare vera e propria. Stelle di pre-sequenza principale (PMS), che hanno gia' accresciuto la gran parte della loro massa finale e disperso la quasi totalita' del nucleo originario, sono ancora circondate da dischi. Durante la fase di PMS, mentre la stella contrae verso la sequenza principale, questi dischi invecchiano. Una varieta' di processi agisce sulla polvere e il gas contenuto nel disco, e conduce infine, con un tempo scala di qualche milione di anni, alla dissipazione del disco stesso (e.g., Natta 2004). Uno di questi processi, ma non l'unico, e' la crescita sostanziale dei grani di polvere, che nelle prime fasi della PMS hanno dimensioni massime piu' piccole del micron, e la formazione dei pianeti. I pianeti si formano ben prima che la stella centrale raggiunga la >>>