Cosa ha spinto la formazione del nostro piccolo angolo dell'universo - il nostro sole e sistema planetario? Per diversi decenni, gli scienziati hanno pensato che il Sistema Solare si sia formato a seguito di un'onda d'urto da una stella che esplode - una supernova - che ha innescato il collasso di una densa nuvola di gas polveroso, che poi si è contratta per formare il Sole e i pianeti. Ma i modelli dettagliati di questo processo di formazione hanno funzionato solo con il presupposto semplificativo che le temperature durante gli eventi violenti sono rimaste costanti. Questo, ovviamente, è molto improbabile. Ma ora, gli astrofisici del Dipartimento di magnetismo terrestre (DTM) della Carnegie Institution hanno dimostrato per la prima volta che una supernova avrebbe potuto innescare la formazione del Sistema Solare nelle condizioni più probabili di rapido riscaldamento e raffreddamento. Quindi questi nuovi risultati hanno risolto questo dibattito di lunga data?
"Abbiamo avuto prove chimiche da meteoriti che indicano una supernova che ha innescato la formazione del nostro sistema solare dagli anni '70", ha osservato l'autore principale, Alan Boss di Carnegie. “Ma il diavolo è stato nei dettagli. Fino a questo studio, gli scienziati non sono stati in grado di elaborare uno scenario auto-coerente, in cui il collasso è innescato nello stesso momento in cui gli isotopi appena creati dalla supernova vengono iniettati nella nuvola in collasso. "
Isotopi radioattivi di breve durata - versioni di elementi con lo stesso numero di protoni, ma un diverso numero di neutroni - trovati in meteoriti molto vecchi che decadono su scale temporali di milioni di anni e si trasformano in diversi elementi (cosiddetti figlie). Trovare gli elementi figlie nei meteoriti primitivi implica che i radioisotopi di breve durata dei genitori devono essere stati creati solo un milione o più di anni prima che si formassero i meteoriti stessi. "Uno di questi isotopi genitori, il ferro-60, può essere prodotto in quantità significative solo nelle potenti fornaci nucleari di stelle enormi o evolute", ha spiegato Boss. “Il ferro-60 decade in nichel-60 e il nichel-60 è stato trovato nei meteoriti primitivi. Quindi abbiamo saputo dove e quando è stato prodotto l'isotopo genitore, ma non come è arrivato qui. "
I precedenti modelli di Boss ed ex DTM Prudence Foster mostravano che gli isotopi potevano essere depositati in una nuvola pre-solare se un'onda d'urto causata da un'esplosione di una supernova rallentasse da 6 a 25 miglia al secondo e l'onda e la nuvola avessero una temperatura costante di - 440 ° F (10 K). "Questi modelli non funzionavano se il materiale veniva riscaldato dalla compressione e raffreddato dalle radiazioni, e questo enigma ha lasciato seri dubbi nella comunità sul fatto che uno shock da supernova abbia iniziato questi eventi oltre quattro miliardi di anni fa o meno", ha osservato Harri Vanhala, che ha trovato il risultato negativo nel suo dottorato di ricerca tesi di laurea presso il Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian nel 1997.
Utilizzando un codice idrodinamico di affinamento della mesh adattivo, FLASH2.5, progettato per gestire i fronti di shock, nonché una legge di raffreddamento migliorata, i ricercatori di Carnegie hanno preso in considerazione diverse situazioni. In tutti i modelli, il fronte d'urto ha colpito una nuvola pre-solare con la massa del nostro Sole, costituita da polvere, acqua, monossido di carbonio e idrogeno molecolare, raggiungendo temperature fino a 1.340 ° F (1000 K). In assenza di raffreddamento, il cloud non potrebbe collassare. Tuttavia, con la nuova legge sul raffreddamento, hanno scoperto che dopo 100.000 anni la nuvola pre-solare era 1.000 volte più densa di prima e che il calore dal fronte d'urto andava rapidamente perso, risultando in uno strato sottile con temperature vicine a 1.340 ° F (1000 K). Dopo 160.000 anni, il centro nuvola era crollato per diventare un milione di volte più denso, formando il protosun. I ricercatori hanno scoperto che gli isotopi del fronte d'urto erano mescolati nel protosun in modo coerente con la loro origine in una supernova.
"Questa è la prima volta che un modello dettagliato per una supernova che innesca la formazione del nostro sistema solare ha dimostrato di funzionare", ha affermato Boss. "Abbiamo iniziato con un Little Bang 9 miliardi di anni dopo il Big Bang".
Fonte: Carnegie Institution for Science
