L'abbiamo sentito tutti: quando bevi un bicchiere d'acqua, quell'acqua ha già attraversato un sacco di vie digestive di altre persone. Forse Attila il Hun o Vlad l'Impalatore; forse persino un Tyrannosaurus Rex.
Bene, la stessa cosa vale per le stelle e la materia. Tutta la materia che vediamo intorno a noi qui sulla Terra, persino i nostri corpi, ha attraversato almeno un ciclo di nascita e morte stellare, forse di più. Ma quale tipo di stella?
Questo è ciò che un team di ricercatori dell'ETH di Zurigo (Ecole polytechnique federale de Zurich) voleva sapere.
La storia del nostro Sistema Solare è iniziata circa 4,5 miliardi di anni fa quando è crollata una nuvola molecolare. Al centro di quella nuvola crollata, il Sole ha preso vita in uno scoppio di fusione e attorno a esso si è formato un disco di gas e polvere. Alla fine, tutti i pianeti del nostro Sistema Solare si sono formati da quel disco protoplanetario.
All'interno di quel disco di materiale c'erano dei granelli di polvere che si erano formati attorno ad altre stelle. Questi grani speciali sono stati distribuiti in modo non uniforme in tutto il disco, "come sale e pepe", secondo Maria Schönbächler, professore presso l'Istituto di geochimica e petrologia dell'ETH di Zurigo. Man mano che si formavano i pianeti del Sistema Solare, ognuno conteneva la propria miscela di gas e polvere e di quei grani speciali.
I progressi nelle tecniche di misurazione consentono agli scienziati di rilevare il materiale da cui si sono formati i pianeti e di determinarne l'origine. Tutto dipende dagli isotopi. Un isotopo è un atomo di un dato elemento con lo stesso numero di protoni nel suo nucleo, ma un diverso numero di neutroni. Ad esempio, ci sono diversi isotopi del carbonio, come C13 e C14. Mentre tutti gli isotopi del carbonio hanno 6 protoni, C13 ha 7 neutroni mentre C14 ha 8 neutroni.
La miscela di diversi isotopi in un pianeta - non solo di carbonio ma anche di altri elementi - è come un'impronta digitale. E quell'impronta digitale può dire molto agli scienziati sulle origini di un corpo.
"La polvere di stelle ha impronte digitali davvero estreme e uniche - e poiché si è diffusa in modo non uniforme attraverso il disco protoplanetario, ogni pianeta e ogni asteroide hanno ottenuto la propria impronta digitale quando è stato formato", ha detto Schönböchler in un comunicato stampa.
Nel corso degli anni, gli scienziati hanno studiato queste impronte digitali sulla Terra e nei meteoriti. I confronti tra i due rivelano come le stelle giganti rosse morte da lungo tempo abbiano contribuito alla formazione della Terra e di tutto ciò che vi è contenuto. Compresi noi.
Gli scienziati sono stati in grado di confrontare queste anomalie isotopiche tra la Terra e i meteoriti per sempre più elementi. Schönböchler e gli altri scienziati alla base di un nuovo studio hanno esaminato meteoriti che facevano parte del nucleo di asteroidi distrutti molto tempo fa. Si sono concentrati sull'elemento palladio.
Precedenti studi di altri scienziati hanno esaminato i rapporti isotopici per altri elementi, come il rutenio e il molibdeno, che sono vicini del palladio nella tavola periodica. Questi risultati precedenti hanno permesso alla squadra di Schönböchler di prevedere cosa avrebbero trovato quando avrebbero cercato gli isotopi del palladio.
Si aspettavano quantità simili di palladio ma hanno avuto una sorpresa.
"I meteoriti contenevano anomalie del palladio molto più piccole del previsto", afferma Mattias Ek, postdoc presso l'Università di Bristol, che ha effettuato le misurazioni isotopiche durante le sue ricerche di dottorato all'ETH.
Nel loro documento, il team presenta un nuovo modello per spiegare questi risultati. L'articolo è intitolato "L'origine diSeterogeneità degli isotopi di processo nel disco solare protoplanetario. " È stato pubblicato sulla rivista Nature Astronomy il 9 dicembre 2019. L'autore principale è Mattias Ek.
Il loro modello mostra che anche se tutto nel nostro Sistema Solare è stato creato dalla polvere di stelle, un tipo di stella ha contribuito maggiormente alla Terra: i giganti rossi o le stelle del ramo gigante asintotico (AGB). Queste sono stelle nella stessa gamma di massa del nostro Sole che si espandono in giganti rossi quando esauriscono il loro idrogeno. Il nostro Sole diventerà uno di questi tra circa 4 o 5 miliardi di anni.
Come parte del loro stato finale, queste stelle sintetizzano elementi in quello che viene chiamato il processo s. Il processo s, o lento processo di cattura dei neutroni, crea elementi come il palladio e i suoi vicini sulla tavola periodica, rutenio e molibdeno. Su una nota interessante, il processo s crea questi elementi con semi di nuclei di ferro, che essi stessi sono stati creati in supernovae nelle generazioni precedenti di stelle.
“Il palladio è leggermente più volatile rispetto agli altri elementi misurati. Di conseguenza, meno di esso si è condensato in polvere attorno a queste stelle, e quindi c'è meno palladio dalla polvere di stelle nei meteoriti che abbiamo studiato ", dice Ek.
C'è una maggiore abbondanza di materiale proveniente dai giganti rossi nella composizione terrestre di quanto non ci sia in Marte o in asteroidi come Vesta più avanti nel nostro Sistema Solare. La regione esterna contiene più materiale proveniente dalle supernovae. Il team dice che possono spiegare perché.
"Quando i pianeti si formarono, le temperature più vicine al Sole erano molto alte", spiega Schönbächler. Alcuni dei granelli di polvere erano più instabili di altri, compresi quelli con croste ghiacciate. Quel tipo fu distrutto nel Sistema Solare interno, vicino al Sole. Ma la polvere di stelle dei giganti rossi era più stabile e resisteva alla distruzione, quindi è più concentrata vicino al Sole. Gli autori affermano che anche la polvere delle esplosioni di supernova tende a evaporare più rapidamente poiché è più piccola. Quindi ce n'è meno nel Sistema Solare interno e sulla Terra.
"Questo ci consente di spiegare perché la Terra ha il più grande arricchimento di polvere di stelle proveniente da stelle giganti rosse rispetto ad altri corpi nel sistema solare", afferma Schönbächler.
Di Più:
- Comunicato stampa: polvere di stelle dai giganti rossi
- Documento di ricerca: l'origine diS- eterogeneità isotopica di processo nel disco solare protoplanetario
- Space Magazine: un nuovo studio fa luce su come si sono formate la Terra e Marte
