Quasi cinque miliardi di anni fa, i giganteschi pianeti gassosi Giove e Saturno si formarono, apparentemente in modi radicalmente diversi.
Lo afferma uno scienziato del Los Alamos National Laboratory dell'Università della California che ha creato modelli computerizzati esaustivi basati su esperimenti in cui l'elemento idrogeno è stato colpito da pressioni quasi altrettanto grandi di quelle trovate nei due pianeti.
Lavorando con un collega francese, Didier Saumon della Divisione di fisica applicata di Los Alamos ha creato modelli che stabiliscono che gli elementi pesanti sono concentrati nell'enorme nucleo di Saturno, mentre quegli stessi elementi sono mescolati in tutto Giove, con pochissimo o nessun nucleo centrale. Lo studio, pubblicato nel diario astrofisico di questa settimana, ha mostrato che elementi refrattari come ferro, silicio, carbonio, azoto e ossigeno sono concentrati nel nucleo di Saturno, ma sono diffusi in Giove, portando a un'ipotesi che si siano formati attraverso processi diversi.
Saumon ha raccolto dati da diversi recenti esperimenti di compressione dell'urto che hanno mostrato come l'idrogeno si comporta a pressioni un milione di volte superiori alla pressione atmosferica, avvicinandosi a quelli presenti nei giganti gassosi. Questi esperimenti - condotti negli ultimi anni nei laboratori nazionali statunitensi e in Russia - hanno permesso per la prima volta misurazioni accurate della cosiddetta equazione di stato dei fluidi semplici, come l'idrogeno, all'interno dell'alta pressione e dell'alta densità regno in cui si verifica la ionizzazione per il deuterio, l'isotopo costituito da un atomo di idrogeno con un neutrone aggiuntivo.
In collaborazione con T. Guillot dell'Osservatorio della Costa Azzurra, in Francia, Saumon ha sviluppato circa 50.000 diversi modelli delle strutture interne dei due pianeti gassosi giganti che includevano ogni possibile variazione consentita dalle osservazioni astrofisiche e dagli esperimenti di laboratorio.
"Alcuni dati provenienti da precedenti sonde planetarie ci hanno fornito informazioni indirette su ciò che accade all'interno di Saturno e Giove, e ora speriamo di saperne di più dalla missione Cassini che è appena arrivata nell'orbita di Saturno", ha detto Saumon. "Abbiamo selezionato solo i modelli di computer che si adattano alle osservazioni planetarie."
Giove, Saturno e gli altri pianeti giganti sono costituiti da gas, come il sole: sono circa il 70 percento di idrogeno in massa, con il resto principalmente elio e piccole quantità di elementi più pesanti. Pertanto, le loro strutture interne erano difficili da calcolare perché l'equazione di stato dell'idrogeno alle alte pressioni non era ben compresa.
Saumon e Guillot hanno limitato i loro modelli di computer con i dati degli esperimenti sul deuterio, riducendo in tal modo le precedenti incertezze per l'equazione dello stato dell'idrogeno, che è l'ingrediente centrale necessario per migliorare i modelli delle strutture dei pianeti e il modo in cui si sono formati.
"Abbiamo cercato di includere ogni possibile variazione che potrebbe essere consentita dai dati sperimentali sulla compressione dello shock del deuterio", ha spiegato Saumon.
Stimando la quantità totale degli elementi pesanti e la loro distribuzione all'interno di Giove e Saturno, i modelli forniscono un quadro migliore di come i pianeti si formarono attraverso l'accrescimento di idrogeno, elio e elementi solidi dalla nebulosa che vorticavano attorno al sole miliardi di anni fa .
"C'è stato un accordo generale sul fatto che i nuclei di Saturno e Giove sono diversi", ha detto Saumon. "La novità qui è quanto siano esaustivi questi modelli. Siamo riusciti a eliminare o quantificare molte delle incertezze, quindi abbiamo una fiducia molto maggiore nell'intervallo in cui i dati effettivi ricadranno per l'idrogeno, e quindi per i metalli refrattari e altri elementi.
"Sebbene non possiamo dire che i nostri modelli siano precisi, sappiamo abbastanza bene quanto siano imprecisi", ha aggiunto.
Questi risultati dei modelli aiuteranno a guidare le misurazioni che Cassini e le future sonde spaziali interplanetarie verranno proposte a Giove.
Los Alamos National Laboratory è gestito dall'Università della California per la National Nuclear Security Administration (NNSA) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e lavora in collaborazione con i laboratori nazionali Sandia e Lawrence Livermore della NNSA per supportare NNSA nella sua missione.
Los Alamos sviluppa e applica la scienza e la tecnologia per garantire la sicurezza e l'affidabilità del deterrente nucleare statunitense; ridurre la minaccia di armi di distruzione di massa, proliferazione e terrorismo; e risolvere i problemi nazionali in difesa, energia, ambiente e infrastrutture.
Fonte originale: Comunicato stampa Los Alamos
