Gli scienziati hanno scoperto che il primo sistema solare ospitava un divario tra le sue regioni interne ed esterne. Il confine cosmico, forse causato da un giovane Giove o da un vento emergente, ha probabilmente modellato la composizione dei pianeti neonati.
Nel primo sistema solare, un “disco protoplanetario” di polvere e gas ruotava attorno al Sole e alla fine si fondeva nei pianeti che conosciamo oggi.
Una nuova analisi di antichi meteoriti da parte di scienziati del MIT e altrove suggerisce che esisteva una misteriosa lacuna all’interno di questo disco circa 4.567 miliardi di anni fa, vicino al luogo in cui risiede oggi la cintura di asteroidi.
I risultati del team, pubblicati su Science Advances, forniscono prove dirette di questo divario.
“Nell’ultimo decennio, le osservazioni hanno dimostrato che cavità, spazi vuoti e anelli sono comuni nei dischi attorno ad altre giovani stelle”, afferma Benjamin Weiss, professore di scienze planetarie presso il Dipartimento di Scienze della Terra, dell’atmosfera e dei pianeti (EAPS) del MIT. “Queste sono firme importanti ma poco comprese dei processi fisici attraverso i quali gas e polvere si trasformano nel giovane sole e nei pianeti”.
La causa di una tale lacuna nel nostro sistema solare rimane un mistero
Allo stesso modo, la causa di una tale lacuna nel nostro sistema solare rimane un mistero. Una possibilità è che Giove possa aver avuto un’influenza. Quando il gigante gassoso ha preso forma, la sua immensa attrazione gravitazionale potrebbe aver spinto gas e polvere verso la periferia, lasciando un vuoto nel disco in via di sviluppo.
Un’altra spiegazione potrebbe riguardare i venti che emergono dalla superficie del disco. I primi sistemi planetari sono governati da forti campi magnetici. Quando questi campi interagiscono con un disco rotante di gas e polvere, possono produrre venti abbastanza potenti da espellere materiale, lasciando uno spazio nel disco.
Indipendentemente dalle sue origini, una lacuna nel primo sistema solare probabilmente serviva da confine cosmico, impedendo al materiale su entrambi i lati di interagire. Questa separazione fisica potrebbe aver plasmato la composizione dei pianeti del sistema solare. Ad esempio, sul lato interno del divario, gas e polvere si sono uniti come pianeti terrestri, inclusi la Terra e Marte , mentre gas e polvere sono stati relegati al lato più lontano del divario formato in regioni più ghiacciate, come Giove e i suoi vicini giganti gassosi.
“È piuttosto difficile superare questo divario, e un pianeta avrebbe bisogno di molta coppia e slancio esterni”, afferma l’autore principale e studente laureato EAPS Cauê Borlina. “Quindi, questo fornisce la prova che la formazione dei nostri pianeti era limitata a regioni specifiche nel primo sistema solare”.
I coautori di Weiss e Borlina includono Eduardo Lima, Nilanjan Chatterjee ed Elias Mansbach del MIT; James Bryson dell’Università di Oxford; e Xue-Ning Bai dell’Università Tsinghua.
Una spaccatura nello spazio
Nell’ultimo decennio, gli scienziati hanno osservato una curiosa spaccatura nella composizione dei meteoriti che si sono fatti strada sulla Terra. Queste rocce spaziali si sono originariamente formate in tempi e luoghi diversi mentre il sistema solare stava prendendo forma. Quelli che sono stati analizzati mostrano una delle due combinazioni di isotopi. Raramente è stato scoperto che i meteoriti mostrano entrambi, un enigma noto come “dicotomia isotopica“.
Gli scienziati hanno proposto che questa dicotomia possa essere il risultato di una lacuna nel disco del primo sistema solare, ma una tale lacuna non è stata confermata direttamente.
Il gruppo di Weiss analizza i meteoriti alla ricerca di segni di antichi campi magnetici. Quando un giovane sistema planetario prende forma, porta con sé un campo magnetico, la cui forza e direzione possono cambiare a seconda di vari processi all’interno del disco in evoluzione. Mentre la polvere antica si raccoglieva in grani noti come condrule, gli elettroni all’interno delle condrule si allineavano con il campo magnetico in cui si formavano.
I condri possono essere più piccoli del diametro di un capello umano e si trovano oggi nei meteoriti. Il gruppo di Weiss è specializzato nella misurazione dei condri per identificare gli antichi campi magnetici in cui si sono formati originariamente.
In lavori precedenti, il gruppo ha analizzato campioni di uno dei due gruppi isotopici di meteoriti, noti come meteoriti non carboniosi. Si pensa che queste rocce abbiano avuto origine in un “serbatoio” o regione del primo sistema solare, relativamente vicino al sole. Il gruppo di Weiss aveva precedentemente identificato l’antico campo magnetico in campioni di questa regione ravvicinata.
Una mancata corrispondenza meteorite
Nel loro nuovo studio, i ricercatori si sono chiesti se il campo magnetico sarebbe stato lo stesso nel secondo gruppo isotopico, “carbonaceo” di meteoriti, che, a giudicare dalla loro composizione isotopica, si pensa abbiano avuto origine più lontano nel sistema solare.
Hanno analizzato i condri, ciascuno dei quali misura circa 100 micron, da due meteoriti carboniosi scoperti in Antartide. Utilizzando il dispositivo superconduttore di interferenza quantistica, o SQUID, un microscopio ad alta precisione nel laboratorio di Weiss, il team ha determinato l’antico campo magnetico originale di ogni chondrule.
Sorprendentemente, hanno scoperto che la loro intensità di campo era più forte di quella dei meteoriti non carboniosi più vicini che avevano misurato in precedenza. Mentre i giovani sistemi planetari stanno prendendo forma, gli scienziati si aspettano che la forza del campo magnetico decada con la distanza dal sole.
Al contrario, Borlina e i suoi colleghi hanno scoperto che le condrule lontane avevano un campo magnetico più forte, di circa 100 microtesla, rispetto a un campo di 50 microtesla nelle condrule più vicine. Per riferimento, il campo magnetico terrestre oggi è di circa 50 microtesla.
Il campo magnetico di un sistema planetario è una misura del suo tasso di accrescimento, o la quantità di gas e polvere che può attirare nel suo centro nel tempo. Sulla base del campo magnetico delle condrule carboniose, la regione esterna del sistema solare deve aver accumulato molta più massa rispetto alla regione interna.
Utilizzando modelli per simulare vari scenari, il team ha concluso che la spiegazione più probabile per la mancata corrispondenza dei tassi di accrescimento è l’esistenza di un divario tra le regioni interna ed esterna, che potrebbe aver ridotto la quantità di gas e polvere che scorre verso il sole dalle regioni esterne.
“Le lacune sono comuni nei sistemi protoplanetari e ora mostriamo che ne avevamo una nel nostro sistema solare”, ha affermato Borlina. “Questo dà la risposta a questa strana dicotomia che vediamo nei meteoriti e fornisce la prova che le lacune influenzano la composizione dei pianeti”.
