Nuove scoperte sui dischi protoplanetari attorno a stelle giovani

Studiare i materiali intorno alle stelle giovani è fondamentale per capire come si formano stelle e pianeti. Le stelle a bassa massa, in particolare, sono interessanti perché spesso hanno pianeti rocciosi. Questo articolo si concentra sull'analisi delle condizioni fisiche nel gas caldo intorno a una stella molto a bassa massa conosciuta come 2MASS-J16053215-1933159. Daremo un'occhiata a diverse righe di Idrogeno per capire le proprietà del gas nel Disco interno di questa stella.

#L'importanza delle righe di idrogeno

Le righe di idrogeno molecolare e atomico sono utili per sondare il gas che circonda le stelle giovani. Osservare queste righe ci aiuterà a misurare il tasso con cui la massa viene aggiunta alla stella e la Luminosità che deriva da questo processo. Esaminando lo spettro nel mid-infrarosso della stella, possiamo raccogliere dati preziosi riguardo al gas.

Questo studio presenta lo spettro completo dal Telescopio Spaziale James Webb (JWST) per il disco protoplanetario attorno alla stella che abbiamo scelto. Osservazioni precedenti hanno indicato che ci sono molte molecole di idrocarburi in questo disco, e ora possiamo analizzare le righe di idrogeno per ottenere ulteriori informazioni.

#Analizzando lo spettro

Nella nostra analisi, identifichiamo diverse righe di emissione di idrogeno nello spettro raccolto dal JWST. Ci concentreremo su cinque righe rotazionali di idrogeno molecolare e 16 righe di idrogeno atomico. I dati indicano che la luce emessa è otticamente sottile per entrambi i tipi di idrogeno, il che ci consente di utilizzare queste righe per stimare la massa e la temperatura del gas.

Dall'analisi, scopriamo che la massa del gas di idrogeno caldo è di circa 0,01 masse solari, con una temperatura di 635 K. Questo gas si trova nella parte più interna del disco, a circa 0,033 unità astronomiche dalla stella. Questa massa è solo una piccola frazione della massa totale che può essere rilevata da altre osservazioni.

#Il ruolo delle righe di idrogeno atomico

Identifichiamo anche la riga di ricombinazione HI (7-6), che è cruciale per determinare il tasso di accrescimento della massa e la luminosità della stella centrale. Confrontando questa riga con un'altra riga HI (11-8), possiamo isolarle entrambe nello spettro e misurarle con precisione. Studi precedenti hanno principalmente utilizzato dati dal Telescopio Spaziale Spitzer, che non poteva risolvere queste righe separatamente. Le nostre osservazioni più avanzate rivelano che le righe di idrogeno atomico possono dirci molto sulle caratteristiche fisiche del gas.

Misurando il flusso di queste righe, calcoliamo che il tasso di accrescimento della massa è di circa 0,0013 masse solari all'anno. Questo valore è coerente con le nostre scoperte precedenti dall'analisi delle emissioni di idrogeno.

#Approcci diversi per misurare le proprietà del disco

La nostra comprensione di come i materiali sono strutturati nei dischi protoplanetari è evoluta. Gli astronomi spesso hanno avuto difficoltà a osservare le emissioni di idrogeno a causa delle loro proprietà. La presenza di polvere nei dischi spesso mascherava segnali importanti. Tuttavia, i progressi nella tecnologia hanno aperto nuove possibilità per esaminare il gas attraverso le emissioni di alcune molecole.

Ad esempio, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) è stato cruciale per determinare la massa e la temperatura del disco. I ricercatori hanno anche utilizzato la molecola HD per ottenere informazioni sul contenuto di idrogeno dei dischi. Anche se le misurazioni di HD possono solo fornire limiti inferiori alla massa del gas, hanno aiutato a rivelare dettagli più ricchi sull'ambiente del disco.

#L'approccio osservativo

Utilizzando lo spettrografo infrarosso (IRS) su Spitzer, gli astronomi hanno raccolto dati sul gas che circonda le stelle giovani. Hanno potuto dedurre proprietà relative all'ionizzazione del gas, che è essenziale per comprendere la chimica del disco. Tuttavia, il JWST ci consente di osservare un'ampia gamma di righe di emissione, in particolare quelle relative all'idrogeno.

Per la nostra stella, J160532, abbiamo utilizzato il Telescopio Spaziale James Webb per raccogliere dati sulle sue emissioni nel mid-infrarosso. Le osservazioni mostrano una ricca varietà di righe di idrogeno, indicando attività significativa nel disco interno.

#Le caratteristiche della stella J160532

La stella J160532 è una nana M, un tipo di stella abbondante nella nostra galassia e che spesso possiede pianeti. Questa particolare stella si trova nella regione di formazione stellare Upper Scorpius, con una distanza e un'età che la rendono un candidato ideale per studiare le proprietà del disco.

La nostra analisi mostra che J160532 è circondata da un disco protoplanetario. Nonostante l'emissione continua nel millimetro non sia rilevabile, i confronti con il rapporto gas-polvere indicano che la massa totale di gas e polvere è inferiore a 0,2 masse solari.

#Risultati osservativi

Le osservazioni effettuate dal JWST nell'agosto 2022 hanno registrato varie righe di emissione di idrogeno nello spettro di J160532. Queste righe ci hanno permesso di stimare la temperatura e la massa del gas. Con l'aiuto dell'alta sensibilità dello strumento JWST, siamo stati in grado di rilevare diverse transizioni di idrogeno.

Attraverso un'analisi dettagliata dello spettro, abbiamo costruito un diagramma che illustra la relazione tra temperatura e densità del gas emittente. Questo diagramma ci ha aiutato a confermare le nostre stime delle condizioni fisiche presenti nel disco.

#L'indagine delle righe di idrogeno molecolare

Le righe di idrogeno molecolare che abbiamo osservato provengono dall'area calda del disco. Abbiamo utilizzato queste righe per misurare le proprietà del gas. Adattando i profili di emissione con funzioni gaussiane, abbiamo potuto estrarre parametri significativi.

I dati risultanti indicano una temperatura di circa 635 K con una massa totale di idrogeno caldo di 0,01 masse solari. Questa bassa massa indica che l'idrogeno caldo rappresenta solo una frazione della massa totale all'interno del disco.

#Un'analisi dell'idrogeno atomico

L'esame dell'idrogeno atomico trovato nello spettro di J160532 ha rivelato numerose righe di ricombinazione. Queste righe hanno fornito importanti informazioni sul flusso di gas nel disco. I profili ampi di queste righe suggeriscono che provengono dall'accrescimento di materiale sulla stella.

Abbiamo anche esaminato la relazione tra il tasso di accrescimento della massa e la luminosità della stella. Le nostre misurazioni indicano che c'è coerenza con i valori ottenuti da altre regioni di formazione stellare, suggerendo che le nostre osservazioni sono in linea con le scoperte generali nel campo.

#Esaminare le proprietà fisiche attraverso modelli

Per capire le condizioni fisiche del gas da cui emergono le righe di idrogeno, abbiamo confrontato le nostre osservazioni con modelli di emissione esistenti. Un modello, spesso usato negli studi precedenti, presume che alcune transizioni siano otticamente spesse mentre altre sottili. Anche se questo modello ha fornito alcune informazioni, non si è completamente allineato con le nostre osservazioni a causa delle complessità del disco.

Ci siamo poi rivolti a un modello più moderno che tiene conto delle condizioni locali nel gas quando si stimano le righe di emissione. Questo approccio ha portato a vincoli migliori sulle proprietà fisiche e ci ha permesso di esplorare un'ampia gamma di condizioni nel disco.

#Conclusioni e lavoro futuro

L'analisi delle emissioni nel mid-infrarosso da 2MASS-J16053215-1933159 offre nuove intuizioni sulla natura dei dischi protoplanetari che circondano stelle a bassa massa. Le misurazioni delle righe di idrogeno ci hanno permesso di determinare i tassi di accrescimento della massa fornendo al contempo uno sguardo sulla temperatura e densità del gas.

Man mano che continuiamo a utilizzare il JWST per osservare dischi attorno a varie stelle, ci aspettiamo che la nostra comprensione di queste strutture complesse si approfondisca. Le nostre scoperte enfatizzano l'importanza di ulteriori indagini, poiché aiuteranno a chiarire come si formano e si evolvono le stelle durante le loro prime fasi di vita.

Il futuro sembra promettente per l'esplorazione dei dischi protoplanetari, con ogni nuova osservazione che aggiunge al nostro crescente sapere. Concentrandoci su queste stelle giovani, possiamo migliorare la nostra comprensione dei processi che governano la formazione di pianeti e stelle nel nostro universo.