Rappresentazione artistica di un disco protoplanetario.
Credit: University of Copenhagen / Lars Buchhave
Nati in un disco di gas e detriti, i pianeti alla fine si aggregano in pezzi sempre più grandi di polvere e roccia. Malgrado la distanze di centinaia di anni luce da noi, gli astronomi possono comunque osservare questi pianeti in formazione.
Un punto di grande interesse è la chimica di queste enormi ammassi di rocce e gas che ruotano attorno ad una stella prima che un sistema planetario sia formato, noto come disco protoplanetario.
Le molecole di gas che galleggiano nel disco potrebbero alla fine diventare parte dell'atmosfera dei pianeti. Se queste molecole contengono ossigeno o azoto, aumentano le probabilità che si formi un pianeta ideale per la vita.
"E' molto interessante pensare alla composizione molecolare (di questi dischi)", ha detto Catherine Walsh, astronomo dell'Osservatorio di Leiden in Olanda. "Le molecole che si trovano in quei dischi saranno le molecole nelle atmosfere planetarie, e dei pianetini come le comete."
Walsh ha condotto un nuovo studio, "Molecole organiche complesse nei dischi protoplanetari", che è stato pubblicato nel febbraio 2014 sulla rivista Astronomy and Astrophysics. Nello studio, gli astronomi hanno cercato come le molecole complesse si formino in sistemi protoplanetari con la speranza di comprendere meglio le loro osservazioni.
In cerca di osservazioni ad alta definizione
Le molecole nei dischi protoplanetari emettono la loro luce nelle frequenze millimetriche e sub-millimetriche, che sono tra gli intervalli di osservazione di radiotelescopi e telescopi a infrarossi. Fino a poco tempo fa, tuttavia, ci sono stati pochi osservatori dedicati a questa particolare fascia di luce con le capacità necessarie per vedere molecole complesse.
Ora queste osservazioni saranno possibili grazie al Atacama Large Millimeter Array (ALMA), descritto come il più grande progetto astronomico esistente al momento - alla fine comprenderà 66 antenne situate a 5000 metri di altitudine, al di sopra di gran parte dell'atmosfera che impedisce alla luce a frequenza millimetri di arrivare in superficie.
"Questa è davvero la prossima grande cosa in astrofisica molecolare, e ALMA ci fornirà osservazioni di gran lunga più sensibili, che saranno disponibili a tutti dopo appena un anno. Avremo questo enorme archivio. Chiunque potrà accedere ai dati, studiarli e pubblicare i risultati", ha detto Walsh.
L'obiettivo di esaminare i dischi protoplanetari è quello di capire come le molecole complesse si siano formate e modificate durante la loro evoluzione.
Credit: NASA / FUSE / Lynette Cook
Dove cercare prima?
Le molecole complesse sono considerate "precursori" della chimica prebiotica, o la chimica che dà luogo alle condizioni necessarie per la vita.
Un famoso esempio di chimica prebiotica ha avuto luogo nel 1952, quando gli scienziati Stanley Miller e Harold C. Urey misero gas di metano, idrogeno, ammoniaca e vapore acqueo in un contenitore sigillato, colpendo poi questa mistura con l'elettricità (un analogo di fulmini). Dopo aver fatto questo per una settimana, le pareti del contenitore si ricoprirono di un fango organico che comprendeva vari degli amminoacidi che la vita utilizza oggi.
La domanda, ha detto la Walsh, è quali molecole complesse sono presenti nei dischi protoplanetari e ALMA sarebbe in grado di vederli? Le molecole complesse non sono solo potenziali precursori della vita, ma i ghiacci in cui si pensa che si formano agisce anche come un coagulante per i granelli di polvere che poi formano i pianeti.
Il team della Walsh ha creato un modello dell'ambiente su stelle di tipo T Tauri, la fase che un giovane stella attraversa prima di trasformarsi in una stella come il nostro sole. Diversamente da stelle più vecchie, la luce emessa da questi oggetti viene da contrazioni gravitazionali quando la stella attinge materiale dal disco circostante. Hanno quindi utilizzato questo modello per calcolare la chimica del disco. Con queste informazioni in mano, hanno finito un'altra serie di calcoli per prevedere che cosa ALMA sarà in grado di vedere.
Le molecole sono visibili da lontano, perché la loro rotazione produce spettri caratteristici che possono essere visti dalla Terra. Il modello ha previsto formaldeide, una molecola con quattro atomi, confermando ciò che è stato rilevato in precedenti osservazioni di dischi protoplanetari. Tuttavia, gli astronomi vorrebbero trovare una molecola più complessa come il metanolo, un derivato del metano, che sulla Terra viene prodotto naturalmente dai batteri. Nello spazio, il metanolo ha una composizione leggermente diversa: è un derivato dell'ossido di carbonio.
Il metanolo non è stato ancora visto nei dischi protoplanetari. Questo perchè maggiore è la complessità di una molecola, minore è la brillantezza del suo spettro, rendendo più difficile ai telescopi individuarla. Eppure, la Walsh ha detto che è comunque certa che il telescopio ALMA sarà all'altezza del compito di avvistare metanolo, un "primo gradino della scala di complessità", e che potrebbe portare alla scoperta di molecole ancora più complesse, contenenti sia ossigeno che azoto .
L'Atacama Large Millimeter Array / submillimeter (ALMA) in Cile è stato progettato per la ricerca di fenomeni astronomici come le molecole complesse in dischi protoplanetari.
Credit: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / B. Tafreshi (twanight.org)
Se il metanolo venisse rilevato, il passo successivo sarebbe quello di vedere dove si presenta e studiare come si forma. Con ogni probabilità, la molecola si forma sulla superficie dei grani di polvere perché si pensa le molecole complesse abbiano una inefficiente fase aerea a causa delle basse densità di gas nello spazio.
Il prossimo passo della ricerca è quello di trovare glicina, l'aminoacido più semplice e un blocco di costruzione per le proteine - nei dischi protoplanetari. La Walsh definisce la glicina come "il Santo Graal" della ricerca, sottolineando il suo "significato prebiotico", come uno dei mattoni della vita.
Saperne di più su queste molecole complesse ci aiuterà a scoprire gli ingredienti che sono disponibili durante il processo di formazione dei pianeti, che aiuterà gli astronomi a capire come si sia arrivati alla composizione molecolare della Terra e degli altri pianeti del Sistema Solare, ha detto la Walsh.
"Abbiamo osservato migliaia di pianeti extrasolari e sappiamo che la formazione dei pianeti è onnipresente," ha detto. "Ora sappiamo che ci sono molti più pianeti nell'universo che stelle."
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