[:it]Pubblicato il manifesto della task-force internazionale per lo studio degli effetti ambientali sull’evoluzione dei dischi protoplanetari[:en]Published the manifesto of the international task force for the study of environmental effects on the evolution of protoplanetary disks[:]
[:it]Pubblicato il manifesto di una task force che mira a studiare come l’ambiente di formazione stellare influenza l’evoluzione dei dischi protoplanetari e la formazione planetaria attorno alle stelle giovani.
I dischi protoplanetari sono strutture di gas e polveri che orbitano attorno a stelle appena formate (chiamate sia stelle di pre-sequenza che protostelle) durante le primissime fasi della loro evoluzione. Infatti, essi si disperdono generalmente in meno di 10 milioni di anni.
Nonostante il loro tempo di vita sia relativamente breve, i dischi protoplanetari rivestono un’enorme importanza. Dal punto di vista della stella, ad esempio, essi veicolano sia l’accrescimento di gas dall’ambiente circostante sulla stella stessa, sia l’espulsione di una grande quantità di gas sotto forma di lenti venti e rapidi getti altamente collimati. Inoltre, come suggerisce il loro nome, i dischi sono il luogo in cui possono formarsi i sistemi planetari attorno alle stelle giovani.
L’evoluzione dei dischi, le loro proprietà fisiche e chimiche e i tempi di dispersione possono essere influenzati anche dall’ambiente circostante. Questo avviene attraverso tre fenomeni, tecnicamente chiamati processi di feedback.
In ambienti stellari densi, tipici delle regioni di formazione stellare nelle loro prime fasi evolutive, l’interazione gravitazionale tra stelle vicine può avere un forte impatto sulla morfologia, la struttura e le proprietà fisiche dei dischi. Queste interazioni, chiamate “incontri ravvicinati”, possono indurre intensi fenomeni transitori di accrescimento, disperdere parte della massa del disco o facilitare l’aggregazione dei solidi in embrioni planetari.
Un altro importante processo è indotto da stelle di grandi massa che possono essere presenti nella regione di formazione stellare, in quanto queste stelle irradiano enormi quantità di radiazione ultravioletta. Se un disco protoplanetario viene irradiato dalla radiazione UV emessa da stelle di grande massa vicine (anche fino a pochi anni luce di distanza), parte di questa radiazione viene assorbita dal gas e dalle polveri del disco. Ciò innesca una serie di processi che ne alterano la struttura termica e le proprietà chimiche e, nei casi più estremi, può portare a una rapida dispersione del disco stesso. Questo fenomeno è noto come fotoevaporazione. Un processo simile può essere innescato anche da un intenso flusso di particelle ad alta energia, come i raggi cosmici.
Come detto, il disco veicola l’accrescimento di gas sulla stella centrale. Questo processo di accrescimento tipicamente termina in meno di 3-5 milioni di anni. In alcuni casi, si osservano però sistemi più evoluti in cui il disco cattura nuovamente materiale incontaminato dall’ambiente circostante, innescando un fenomeno di accrescimento tardivo. Si ritiene che tale materiale possa avere un impatto significativo sul processo di formazione planetaria all’interno del disco.
Lo studio degli effetti ambientali sull’evoluzione e sulla dispersione dei dischi protoplanetari è quindi di fondamentale importanza per comprendere, ad esempio, quali siano gli ambienti e le epoche più favorevoli alla formazione di sistemi planetari. A questo scopo, un team internazionale composto da circa 50 astronomi ha costituito una task force per analizzare questi effetti sotto ogni aspetto: attraverso nuove osservazioni ad alta risoluzione spaziale e spettrale di singoli dischi protoplanetari vicini a noi, studi di popolazioni di dischi protoplanetari in ricche regioni di formazione stellare a grandi distanze e lo sviluppo di modelli chimico-fisici.
Un vero e proprio manifesto di questa task force è stato recentemente presentato nell’articolo “The past, present and future of observations of externally irradiated disks“, pubblicato sulla rivista The Open Journal of Astrophysics. L’articolo illustra lo stato dell’arte degli studi sugli effetti ambientali nell’evoluzione dei dischi protoplanetari e le strategie per le future osservazioni con strumenti di ultima generazione, quali ALMA e il James Webb Space Telescope. Tra i partecipanti alla task force figura anche l’astronomo M. G. Guarcello dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo.
La figura allegata (cliccare qui per visualizzarla interamente) mostra due immagini di dischi protoplanetari. A sinistra, l’oggetto YSO 294-606 nella Nebulosa di Orione, osservato con JWST/NIRCam, che non mostra segni di effetti ambientali. Nel pannello a destra, invece, l’oggetto YSO 244-440 osservato con VLT/MUSE. Quest’ultimo è immerso in una nebulosa prodotta dal gas “evaporato” dal disco a causa del processo di fotoevaporazione indotto da stelle di grande massa vicine.
Mario Giuseppe Guarcello
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Despite their short lifespan, protoplanetary disks play a crucial role. From the perspective of the star, for example, these disks mediate both the accretion of gas onto the star from the surrounding environment and the ejection of a significant amount of gas in the form of slow winds and fast, highly collimated jets. Furthermore, as their name suggests, the disks are the birthplace of planetary systems around young stars.
The evolution of these disks, their physical and chemical properties, and their dispersal timescales can also be influenced by the surrounding environment. This occurs through three phenomena, technically referred to as “feedback processes”.
In dense stellar environments, such as typical star-forming regions in their early evolutionary stages, gravitational interactions between nearby stars can have a significant impact on the morphology, structure, and physical properties of the disks. These interactions, known as “close encounters”, can induce intense transient accretion events, disperse part of the disk mass, or facilitate the aggregation of solids into planetary embryos.
Maassive stars emit enormous amounts of ultraviolet radiation. If a protoplanetary disk is irradiated by UV radiation from nearby massive stars (even up to a few light-years away), part of this radiation is absorbed by the gas and dust in the disk. This triggers a series of processes that alter its thermal structure and chemical properties, and in extreme cases, it can lead to the rapid dispersal of the disk itself. This process is known as “photoevaporation”. A similar effect can also be triggered by an intense flux of high-energy particles, such as cosmic rays.
As mentioned, the disk mediates the accretion of gas onto the central star. This accretion process typically ends within 3-5 million years. In some cases, more evolved systems are observed in which the disk captures pristine material from the surrounding environment, triggering a phenomenon of late accretion. It is believed that such material could have important consequences for the planetary formation process within the disk.
The study of environmental effects on the evolution and dispersal of protoplanetary disks is therefore a topic of utmost importance for understanding, for example, the most favorable environments and epochs for planetary system formation. To this end, an international team of about 50 astronomers has formed a task force to study these effects from all perspectives: through new high-spatial- and spectral-resolution observations of individual nearby protoplanetary disks, observations of populations of planetary disks in rich star-forming regions, typically at great distances from us, and through the development of physico-chemical models.
A true manifesto of this task force has recently been presented in the article: “The past, present, and future of observations of externally irradiated disks“, published in The Open Journal of Astrophysics. The paper outlines the state of the art in the study of environmental effects on protoplanetary disk evolution and strategies for future observations with next-generation instruments such as ALMA and the James Webb Space Telescope. Among the task force participants is the astronomer M. G. Guarcello from INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo.
The attached figure (click here to view it in full) shows two images of protoplanetary disks. On the left, the object YSO 294-606 in the Orion Nebula, observed by JWST/NIRCam, does not show signs of environmental effects. In the right panel, however, the object YSO 244-440, observed by VLT/MUSE, is immersed in a nebula produced by gas “evaporated” from the disk due to photoevaporation induced by nearby massive stars.
Mario Giuseppe Guarcello
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