ALMA MISURA L'ABBONDANZA DEGLI ISOTOPI DELL'AZOTO

L’intrigante atmosfera di Titano

Grazie ad Alma, un gruppo di planetologi dell'Università di Tokyo ha trovato un'impronta chimica nell'atmosfera della luna più grande di Saturno che indica come i raggi cosmici provenienti dall'esterno del Sistema solare influenzino le reazioni chimiche coinvolte nella formazione di molecole organiche contenenti azoto. Si tratta della prima conferma osservativa di tali processi e ha implicazioni per la comprensione dell'ambiente di Titano. Tutti i dettagli su ApJ

     18/02/2020
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Immagine ottica di Titano ripresa da Cassini. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech/Space Science Institute

Titano, la luna più grande di Saturno, sta suscitando molto interesse per via della sua atmosfera unica contenente molecole organiche, che costituiscono di fatto un ambiente prebiotico. In particolare, un ricercatore dell’Università di Tokyo, Takahiro Iino, ha utilizzato l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma) per rilevare i processi chimici che avvengono nell’atmosfera di Titano, trovando segnali deboli ma ben definiti di acetonitrile (CH3CN) e del suo raro isotopomero CH3C15N.

La luna di Saturno è uno degli oggetti più osservati da Alma. I dati ottenuti dall’osservatorio devono essere calibrati per rimuovere le fluttuazioni dovute a variazioni temporali del sito, così come eventuali problemi di natura meccanica. Come riferimento per la calibrazione, gli astronomi puntano il radiotelescopio su sorgenti molto luminose, come appunto Titano, ogni qualvolta devono compiere osservazioni scientifiche. Pertanto, nell’archivio scientifico di Alma è presente una grande quantità di dati relativi a Titano. Iino e il suo team hanno scavato nell’archivio e analizzato nuovamente i dati relativi a Titano, trovando le impronte digitali di CH3C15N, in quantità molto ridotte.

«Abbiamo scoperto che l’abbondanza di 14N nell’acetonitrile è maggiore rispetto a quella nelle altre specie che contengono azoto, come HCN e CH3CN», afferma Iino. «Tale abbondanza corrisponde piuttosto bene a quella trovata con recenti simulazioni di processi chimici nei quali sono coinvolti raggi cosmici ad alta energia».

Gli attori più importanti nei processi chimici che avvengono nell’atmosfera sono due: la luce ultravioletta (Uv) proveniente dal Sole e i raggi cosmici provenienti dall’esterno del Sistema solare. Nella parte superiore dell’atmosfera, la luce Uv distrugge in modo selettivo le molecole di azoto contenenti 15N, poiché la luce Uv con la lunghezza d’onda specifica che interagisce con le molecole di 14N viene assorbita facilmente a quell’altitudine. Pertanto, le specie portatrici di azoto prodotte a quell’altitudine tendono ad esibire un’elevata abbondanza di 15N. D’altra parte, i raggi cosmici penetrano più in profondità e interagiscono con le molecole di azoto contenenti 14N. Di conseguenza, è evidente una differenza nell’abbondanza di molecole con 14N e 15N. Il team ha scoperto che nell’acetonitrile presente nella stratosfera è più abbondante l’isotopo 14N rispetto ad altre molecole contenenti azoto precedentemente misurate.

Spettri presi da Alma dell’atmosfera di Titano CH3CN e CH3C15N. Le linee verticali tratteggiate indicano la frequenza delle linee di emissione delle due molecole, previste da un modello teorico. Crediti: Iino et al. (The University of Tokyo)

«Partiamo dal presupposto che i raggi cosmici di origine galattica svolgano un ruolo importante nelle atmosfere di altri sistemi solari», dice Hideo Sagawa, professore associato all’Università Sangyo di Kyoto e membro del gruppo di ricerca. «Il processo potrebbe essere universale, quindi comprendere il ruolo dei raggi cosmici nell’atmosfera di Titano è cruciale per la planetologia, in generale».

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