Com'era il nostro Sistema Solare mentre si stava formando miliardi di anni fa? Nel corso del tempo piccole particelle si sono scontrate tra loro dando vita a rocce sempre più grandi. successivamente queste rocce sono diventate abbastanza grandi da formare pianeti. Abbiamo una conoscenza di base della formazione dei pianeti, ma non conosciamo i dettagli, in particolare i dettagli sulla composizione chimica iniziale del sistema solare e su come potrebbe essere cambiato nel tempo.
E come ha fatto l'acqua a farsi strada verso la Terra? Anche se non possiamo viaggiare nel tempo per ottenere le risposte, possiamo osservare come si stanno formando altri sistemi planetari in questo momento - e imparare molto.
I ricercatori useranno uno dei potenti strumenti del telescopio spaziale NASA James Webb per osservare le regioni interne di 17 sistemi planetari luminosi e in formazione e iniziare così a costruire un inventario del loro contenuto. Elemento per elemento, insieme ai ricercatori di tutto il mondo, saranno in grado di scoprire cosa è presente e come la composizione chimica dei dischi influisce sul loro contenuto, compresi i pianeti che potrebbero formarsi.
I sistemi planetari impiegano milioni di anni per formarsi, il che introduce una vera sfida per gli astronomi. Come si fa a identificare in quale fase si trovano o a categorizzarli? L'approccio migliore è quello di guardare molti esempi e continuare ad aggiungere dati a quelli che già abbiamo. I ricercatori che utilizzano il telescopio Webb osserveranno 17 sistemi planetari che si stanno formando attivamente. Questi particolari sistemi sono stati precedentemente rilevati dall'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), il più grande radiotelescopio del mondo, per il Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP).
Il telescopio della NASA misurerà gli spettri che possono rivelare molecole nelle regioni interne di questi dischi protoplanetari, integrando i dettagli che ALMA ha fornito sulle regioni esterne dei dischi. Queste regioni interne sono i posti in cui i pianeti rocciosi simili alla Terra possono iniziare a formarsi, che è uno dei motivi per cui gli scienziati vorrebbero saperne di più su quali molecole esistono lì.
Un gruppo di ricerca guidato da Colette Salyk del Vassar College di Poughkeepsie, New York, e Klaus Pontoppidan dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, nel Maryland, cerca i dettagli trovati nella luce infrarossa. "Una volta passati alla luce infrarossa, in particolare alla gamma di Webb nella luce del medio infrarosso, saremo sensibili alle molecole più abbondanti che trasportano elementi comuni", ha spiegato Pontoppidan.
I ricercatori saranno in grado di valutare le quantità di acqua, monossido di carbonio, anidride carbonica, metano e ammoniaca – tra molte altre molecole – in ciascun disco. Inoltre, grazie alla spettroscopia, saranno in grado di contare le molecole che contengono elementi essenziali per la vita come la conosciamo, tra cui ossigeno, carbonio e azoto. Il telescopio infatti catturerà tutta la luce emessa al centro di ogni disco protoplanetario come spettro, che produce un modello dettagliato di colori basato sulle lunghezze d'onda della luce emessa. Poiché ogni molecola imprime un modello unico sullo spettro, i ricercatori possono identificare quali molecole ci sono e costruire inventari del contenuto all'interno di ciascun disco protoplanetario. La forza di questi modelli trasporta anche informazioni sulla temperatura e la quantità di ciascuna molecola.