LO STUDIO È PUBBLICATO SU NATURE ASTRONOMY

Gli architetti del Sistema solare? Tre anelli

Un modello messo a punto da un gruppo di scienziati planetari guidato dalla Rice University suggerisce che la distribuzione e le caratteristiche dei corpi del Sistema Solare – compresa l’assenza di una super Terra – potrebbero derivare da tre anelli di formazione planetesimale: tre zone di addensamento prodotte da differenze di pressione dovute, a loro volta, alle diverse temperature di sublimazione di determinate molecole

     10/01/2022
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Illustrazione dei tre anelli di formazione planetesimale che potrebbero aver prodotto i pianeti e altre caratteristiche del Sistema solare, secondo il modello computazionale della Rice University. La composizione chimica degli oggetti dell’anello interno (NC, condriti non carbonacee) differisce dalla composizione degli oggetti dell’anello centrale ed esterno (CC, condriti carbonacee). I planetesimi dell’anello interno hanno prodotto i pianeti del Sistema solare interno (in basso) e i planetesimi degli anelli intermedio ed esterno hanno prodotto i pianeti del Sistema solare esterno e la cintura di Kuiper. Alla fascia degli asteroidi hanno contribuito sia l’anello interno che quello intermedio. Crediti: Rajdeep Dasgupta

Potrebbe essere il Sole questa volta ad aggiudicarsi l’appellativo di “Signore degli anelli”. Come Saturno, pare infatti che – quando ancora non c’era alcun pianeta ad adornare il Sistema solare – anche il Sole avesse degli anelli: bande di polvere e gas che hanno contribuito alla formazione dei pianeti. Compreso il nostro, una super Terra mancata: vengono definiti così i pianeti rocciosi massicci osservati in orbita attorno ad almeno il 30 per cento delle stelle simili al Sole della nostra galassia. Nonostante siano molto comuni, non c’è traccia di super Terre nel Sistema solare. Qualcosa ha impedito al nostro pianeta di diventarlo. E quel qualcosa potrebbe essere legato alla tempistica di formazione di quegli anelli primordiali.

Secondo uno studio pubblicato a fine dicembre su Nature Astronomy, i dischi protoplanetari attorno alle giovani stelle non sono uniformi, ma possiedono appunto strutture simili ad anelli e spazi vuoti nella loro distribuzione di polvere. Queste caratteristiche sarebbero associate ai cosiddetti pressure bumps, una sorta di “dossi di pressione” nei quali, essendoci una maggiore densità del gas, le particelle di polvere rimangono come intrappolate – per poi accumularsi in oggetti via via più grandi fino a diventare planetesimi.

Questi anelli avrebbero origine in posizioni specifiche, e le simulazioni sulla formazione del Sistema solare prodotte grazie a un supercomputer dagli autori dello studio mostrano che tali posizioni risultano essere siti ideali per la formazione planetaria. Anelli come quelli che gli astronomi hanno osservato attorno a stelle lontane con Alma, l’enorme radiotelescopio a 66 parabole situato a cinquemila metri d’altitudine nel deserto di Atacama, in Cile. «Alma è in grado di acquisire immagini molto nitide di giovani sistemi planetari che si stanno ancora formando e abbiamo scoperto che molti dei dischi protoplanetari in questi sistemi sono caratterizzati da anelli», ricorda l’italiano Andrea Isella, coautore dello studio e professore di fisica e astronomia alla Rice University. «L’effetto dei pressure bumps è quello di raccogliere le particelle di polvere, ed è per questo che vediamo degli anelli: sono regioni in cui ci sono più particelle di polvere che negli spazi vuoti tra gli anelli».

Nel caso del Sistema solare, stando al modello della Rice University, piuttosto che da un disco in cui la densità decresce in modo continuo man mano che ci si allontana dal centro, i pianeti potrebbero aver avuto origine da tre anelli di formazione planetesimale: tre regioni ben precise nelle quali le particelle in caduta verso il Sole, per effetto della sublimazione, avrebbero rilasciato grandi quantità di gas, innescando così l’aumento di pressione – il pressure bump – e il conseguente accumulo di polvere. A decidere la posizione dei tre anelli sarebbe dunque il punto di sublimazione dei principali costituenti della particelle: silicati per quello più interno, acqua per quello intermedio e monossido di carbonio per quello più esterno.

«È solo una funzione della distanza dal Sole, visto che la temperatura aumenta man mano che ci si avvicina alla stella», spiega uno dei coautori dello studio, Rajdeep Dasgupta della Rice University. «Il punto in cui la temperatura è abbastanza alta da consentire la vaporizzazione del ghiaccio, ad esempio, è una linea di sublimazione che chiamiamo linea della neve».

In particolare, i quattro pianeti rocciosi si sarebbero formati dall’anello più interno, quello dove vaporizza la silice. A questo proposito, il modello fornirebbe una spiegazione convincente alla notevole differenza tra le composizioni chimiche dei corpi del Sistema solare interno ed esterno, nonché alla presenza degli oggetti nella cintura di asteroidi tra Marte e Giove. Inoltre, offrirebbe un chiarimento circa le origini delle firme isotopiche della Terra, di Marte e di diverse classi di meteoriti, della struttura orbitale del Sistema solare interno e di altri aspetti sui quali gli astronomi si interrogano da tempo. Come, per esempio, la ridotta massa di Marte rispetto a quella della Terra, dovuta secondo il modello della Rice University al fatto di essersi formato in una regione di bassa densità dell’anello. Alla fascia degli asteroidi avrebbero invece contributo sia l’anello più interno che quello centrale, mentre i planetesimi formati nell’anello centrale e in quello esterno sarebbero all’origine dei giganti gassosi del Sistema solare esterno e della fascia di Kuiper.

Oltre alla composizione, poi, avrebbe avuto un ruolo importante anche la cronologia di formazione degli anelli. Le super-Terre emergono infatti nelle simulazioni in cui l’anello centrale appare in ritardo. «In quei casi, quando si forma il pressure bump molta massa ha ormai già invaso il sistema interno, rendendosi così disponibile per creare super-Terre», spiega il primo autore dello studio, André Izidoro, ricercatore postdoc alla Rice University. «Quindi il momento in cui si è formato il pressure bump intermedio potrebbe rappresentare un aspetto chiave della formazione del Sistema solare».

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