Tutta la materia che vediamo sulla Terra, anche quella che compone i nostri stessi corpi, ha attraversato almeno un ciclo di nascita e morte stellare, o anche più di una. Ma che tipo di stella ha dato origine alla materia che ha dato vita alla Terra e al sistema solare? Un team di ricercatori dell’ETH ha risposto a questa domanda, le giganti rosse.
Oggi riteniamo che il sistema solare abbia avuto origine circa 5 miliardi di anni fa, quando una nube di gas e polveri, ruotando nello spazio, iniziò a collassare. Al centro di questa nube, dove la densità era più alta, si formò il proto Sole e la polvere restante si condensò formando i pianeti e i corpi minori del sistema solare.
All’interno di quel disco di materiale c’erano granelli di polvere che si erano formati intorno a stelle giganti rosse. Questi granelli speciali erano distribuiti in modo non uniforme in tutto il disco.
Man mano che si formavano i pianeti del Sistema Solare, ognuno di essi conteneva la propria miscela di gas, polvere, e di quei granelli speciali.
Oggi i progressi nelle tecniche di misurazione permettono agli scienziati di determinarne l’origine del materiale che ha formato i pianeti. Tutto si riduce allo studio degli isotopi.
La miscela dei diversi isotopi presenti in un pianeta è come un’impronta digitale. E quell’impronta digitale può dire quali sono le sue origini.
Giganti rosse e isotopi
Un isotopo è un atomo di un dato elemento con lo stesso numero di protoni nel suo nucleo, ma con un diverso numero di neutroni. Ad esempio, ci sono diversi isotopi del carbonio, C13 e C14. Mentre tutti gli isotopi di carbonio hanno 6 protoni, a variare è il numero dei neutroni, C13 ha 7 neutroni mentre C14 ha 8 neutroni.
La polvere di stelle ha, per cosi dire, impronte digitali uniche – e poiché è stata diffusa in modo non uniforme attraverso il disco protoplanetario, ogni pianeta e ogni asteroide ha sviluppato una propria impronta digitale durante la formazione.
Il team di ricercatori dell’ ETH ha studiato le “impronte digitali” della Terra e dei meteoriti. Il confronto tra le due impronte rivela quanto le stelle giganti rosse abbiano contribuito alla formazione della Terra e di tutto ciò che è su di essa. Compresi noi.
Oggi possiamo confrontare le anomalie isotopiche riscontrate tra la Terra e i meteoriti per un numero sempre maggiore di elementi. Il team ETH ha esaminato i meteoriti che facevano parte del nucleo degli asteroidi distrutti molto tempo fa concentrandosi su un elemento in particolare, il palladio.
Studi svolti in passato hanno esaminato i rapporti isotopici per altri elementi, come il rutenio e il molibdeno, vicinial palladio nella tavola periodica. Quei risultati hanno permesso al team di prevedere cosa avrebbero trovato quando avrebbero cercato gli isotopi del palladio.
Si aspettavano quantità simili di palladio ma hanno avuto una sorpresa.
Nel loro studio, il team ETH presenta un modello per spiegare i risultati. L’articolo è intitolato “L’origine dell’eterogeneità dell’isotopo del processo s nel disco protoplanetario solare” ed è stato pubblicato sulla rivista Nature Astronomy il 9 dicembre 2019.
Il loro modello mostra che, anche se il sistema solare è stato creato dalla polvere di stelle, un tipo di stella ha contribuito principalmente alla nascita della Terra: le giganti rosse o stelle asintotiche del ramo gigante (AGB).
Queste stelle hanno una massa simile a quella del Sole e si espandono in giganti rosse quando esauriscono il loro idrogeno. Il nostro Sole diventerà una di queste giganti rosse tra 4 o 5 miliardi di anni.
Nel loro stadio finale le giganti rosse sintetizzano elementi in quello che viene chiamato il processo s. Il processo s , o lento processo di cattura dei neutroni, che crea elementi come il palladio e i suoi vicini sulla tavola periodica, il rutenio e il molibdeno.
Il processo s crea questi elementi con semi di nuclei di ferro, che a loro volta sono stati creati nelle supernove nelle generazioni precedenti di stelle.
C’è una maggiore abbondanza di materiale proveniente dalle giganti rosse nella composizione della Terra rispetto a Marte o negli asteroidi come Vesta che si trovano più lontano nel Sistema Solare. La regione esterna contiene più materiale proveniente dalle supernovae.
La formazione dei pianeti nelle vicinanze del Sole avveniva a temperature molto alte. Alcuni dei granelli di polvere erano più instabili di altri, compresi quelli con croste ghiacciate.
Quel tipo di granello è stato distrutto nel sistema solare interno, perché troppo vicino al Sole. Ma la polvere proveniente dalle stelle giganti rosse era più stabile e ha resistito alla distruzione, per questo i granelli erano molto più numerosi nel sistema solare interno.
Gli autori dello studio affermano che la polvere prodotta dalle esplosioni di supernova tende ad evaporare più rapidamente poiché è più piccola. Quindi ce n’è meno nel Sistema Solare interno e sulla Terra.
Questo spiega chiaramente perché la Terra ha il più grande arricchimento di polvere di stelle proveniente dalle stelle giganti rosse rispetto ad altri corpi del sistema solare.
