STUDIO CONDOTTO DA RICERCATORI INAF E UNIVERSITÀ DELL’INSUBRIA

Guida galattica al sicuro da esplosioni cosmiche

Oltre 6 miliardi di anni fa, le regioni periferiche della Via Lattea erano le più sicure per lo sviluppo di eventuali forme di vita, al riparo dalle esplosioni più violente dell’universo. Lo dimostra un nuovo studio che ha analizzato l’incidenza di questi eventi nel corso dell’evoluzione della nostra galassia. Con il passare del tempo, da 4 miliardi di anni fa in avanti, regioni più centrali – compresa quella che ospita il Sistema solare – diventano le più sicure. Non troppo però: lo studio avvalora anche l’ipotesi che la prima delle cinque grandi estinzioni di massa sulla Terra, 445 milioni di anni fa, sia stata provocata proprio da un lampo gamma

     05/03/2021
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Rappresentazione artistica di un lampo di raggi gamma ipoteticamente diretto verso la Terra. Crediti: Originale Nasa/Swift/Cruz deWilde, modifiche: R. Spinelli

L’universo è un luogo ricco di esplosioni, eventi poderosi che riversano enormi quantità di energia nello spazio circostante. Fortunatamente non capita tutti i giorni di trovarsi vicino ad una potente esplosione cosmica e la nostra breve vita ci dà la sensazione di essere in un piccolo angolo di cosmo piuttosto al sicuro. Ma è sempre stato così? Un gruppo di ricercatori guidati da Riccardo Spinelli, dottorando presso l’Università dell’Insubria e associato Inaf a Milano, ha studiato dove e quando la vita può essersi sviluppata nella nostra galassia, la Via Lattea, al riparo da violente esplosioni cosmiche come lampi di raggi gamma (gamma-ray burst in inglese, o Grb) e supernove.

«Fino a 6 miliardi di anni fa, ad esclusione delle regioni periferiche della Via Lattea, povere di pianeti, a causa dell’alta formazione stellare e della bassa metallicità i pianeti erano soggetti a molti eventi esplosivi in grado di provocare un’estinzione di massa», commenta Spinelli, primo autore dell’articolo pubblicato oggi sulla rivista Astronomy & Astrophysics. In seguito, a partire da 4 miliardi di anni fa, l’aumento di elementi pesanti prodotti da successive generazioni stellari avrebbe progressivamente inibito la frequenza di Grb, garantendo un ambiente più sicuro in regioni più centrali della galassia, distanti tra i 6500 e 26mila anni luce dal centro galattico (quest’ultima è proprio la distanza attuale del Sole dal centro), dove sarebbe più alta la concentrazione di pianeti di tipo terrestre. Al contempo, l’aumento della formazione stellare in periferia avrebbe favorito il verificarsi di Grb, rendendo queste zone meno sicure [nota: lo studio si concentra sugli effetti della radiazione sulla resilienza della vita sui pianeti terrestri della Via Lattea, ma non considera altri possibili eventi pericolosi come gli impatti meteorici].

Sia supernove che Grb sono legati al ciclo di vita delle stelle, e in particolare alla loro morte. Una supernova si verifica quando una stella più massiccia del Sole raggiunge il termine della propria vita ed esplode, oppure quando una nana bianca – quel che resta di stelle meno massicce, come il Sole – esplode dopo aver attinto massa da una compagna in un sistema binario. Un Grb, invece, è un intenso lampo di radiazione ad alta energia emesso quando muore una stella molto massiccia e in rapida rotazione, oppure quando due stelle di neutroni, o una stella di neutroni e un buco nero – entrambi resti di stelle massicce –  si fondono.

«Le supernove sono più frequenti in regioni di formazione stellare, dove si formano stelle di grande massa», spiega il co-autore Giancarlo Ghirlanda, primo ricercatore Inaf a Milano. «I Grb invece preferiscono le regioni di formazione stellare ancora povere di elementi pesanti. In queste zone riescono a formarsi stelle anche di grande massa che sono meno soggette a venti stellari. In questo modo queste stelle riescono a mantenersi in rapida rotazione, condizione necessaria per riuscire a lanciare, dopo aver formato un buco nero, un potente getto».

«Per capire come questi eventi si distribuiscano all’interno della nostra galassia, siamo partiti da un modello di evoluzione della galassia», aggiunge Francesco Haardt, professore ordinario all’Università dell’Insubria e associato Inaf. «Tale modello prevede che le regioni interne, al contrario delle regioni periferiche, si siano formate velocemente nelle fasi iniziali della storia della nostra galassia. Con il passare del tempo la formazione stellare è diminuita al centro e aumentata gradualmente in periferia. Di conseguenza, il gas primordiale di idrogeno e elio si è arricchito di elementi più pesanti (ossigeno, carbonio, azoto) velocemente al centro della Via Lattea, mentre in periferia si è arricchito più gradualmente, senza però raggiungere le alte metallicità delle regioni centrali».

L’energia liberata da Grb e supernove è immensa. Una supernova rilascia, sotto forma di radiazione altamente energetica, tanta energia quanto un’intera galassia come la nostra, che contiene centinaia di miliardi di stelle, emette in qualche ora, e un Grb può addirittura emettere in 10 secondi quello che una galassia come la nostra emette in circa 100 anni. «Ad esclusione delle regioni molto centrali, a meno di 6500 anni luce dal centro galattico, dove avvengono più frequentemente esplosioni di supernove, il nostro studio suggerisce che la pressione evolutiva è in ogni epoca determinata principalmente dai Grb», afferma Spinelli. «Sebbene siano eventi molto più rari delle supernove, i Grb sono in grado di provocare un’estinzione di massa da più lontano: essendo gli eventi più energetici, sono i bazooka con la gittata più lunga».

L’effetto su un pianeta come il nostro sarebbe devastante. Diversi studi indicano che la radiazione gamma liberata da un Grb entro 3300 anni luce dalla Terra sarebbe in grado di distruggere lo strato di ozono nell’atmosfera: senza questa protezione, la radiazione ultravioletta del Sole inonderebbe la superficie del pianeta, decretando l’estinzione di quasi tutte le forme di vita esistenti. «Come effetto secondario inoltre», prosegue Spinelli, «la distruzione dello strato di ozono produrrebbe biossido di azoto, che schermando la luce visibile sarebbe in grado di provocare una glaciazione». Per questa ragione, da alcuni anni diversi studiosi suggeriscono che la prima delle cinque estinzioni di massa che hanno interessato la Terra, quella del Tardo Ordoviciano, circa 445 milioni di anni fa, sia stata provocata proprio da un Grb – ipotesi avallata anche dal presente studio.

Per quanto riguarda epoche più recenti, la Via Lattea è stata globalmente più al sicuro che in passato. Il Sistema solare sembra trovarsi in una zona piuttosto favorevole, né troppo vicino al centro dove abbondano le supernove, né troppo lontano dove si verificano molti Grb. Alle nostre distanze dal centro galattico, si stima che ci sia stato almeno un Grb letale negli ultimi 500 milioni di anni, associabile alla prima grande estinzione. Il peggio sembra essere passato.

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