Le condriti carbonacee sono meteoriti rocciose particolarmente ricche di carbonio. Frammenti di planetesimi rimasti pressoché invariati sin dalla loro formazione, avvenuta tra i 2 e i 4 milioni di anni dopo la nascita del Sistema solare, sulla base delle loro differenze chimiche e mineralogiche, vengono suddivise in diversi gruppi che prendono il nome dall’esemplare tipo, solitamente il primo a essere stato scoperto. Ci sono le condriti di Ivuna (CI), quelle di Mighei (CM), di Vigarano (CV), di Ornans (CO), di Renazzo (CR), di Karoonda (CK) e il gruppo delle meteoriti di Tagish Lake (TL).
Una domanda che gli scienziati si pongono da tempo è quale sia l’origine di questa straordinaria varietà compositiva. Una nuova ricerca condotta da un team di scienziati guidato dal Max Planck Institute for Solar System Research pare aver trovato la risposta: la loro diversità non deriverebbe dal fatto che si siano formate in regioni differenti del Sistema solare primordiale, ma dal fatto che abbiano avuto origine in epoche diverse e a partire da materiali, presenti nella stessa area, la cui composizione è cambiata nel corso del tempo.
Illustrazione artistica che mostra la regione anulare oltre l’orbita di Giove (in celeste) all’interno della quale, nel corso di alcuni milioni di anni, si sarebbero formate le diverse condriti carbonacee e i planetesimi, i primi mattoni per la formazione dei pianeti. Crediti: Mps / hormesdesign.de
Lo studio, pubblicato su The Astrophysical Journal, suggerisce in particolare che una regione appena oltre l’orbita di Giove abbia funzionato come una gigantesca “trappola di polveri” capace di produrre nel tempo popolazioni diverse di planetesimi, a partire da materiali differenti accumulati nel disco protoplanetario del giovane Sole.
Tutte le condriti carbonacee sono costituite da tre componenti principali: le inclusioni ricche di calcio e alluminio (Cai), considerate il materiale più antico del Sistema solare; le condrule, minuscole sfere di origine ignea; e la matrice, una componente estremamente fine e fragile composta da grani minerali poco processati. Le prime due categorie costituiscono il cosiddetto materiale “rigido”, resistente alla frammentazione; la matrice rappresenta invece il materiale “friabile”, facilmente disgregabile. La diversa abbondanza relativa di questi tre ingredienti cosmici spiega le profonde differenze tra i vari gruppi di condriti.
Le condriti carbonacee hanno composizioni molto diverse. Alcune, come la meteorite Allende (a sinistra), contengono un’alta percentuale di inclusioni. Altre, come la meteorite Ivuna (a destra), sono costituite quasi interamente da materiale finemente granulare e friabile. Crediti: Mps / T. Klawunn
Per comprendere come queste componenti si siano combinate nel tempo dando origine ai diversi gruppi di condriti carbonacee, i ricercatori hanno sviluppato un modello capace di simulare l’evoluzione del disco di gas attorno al giovane Sole, le collisioni tra le particelle di polvere, la loro aggregazione o frammentazione, i movimenti all’interno del disco e la formazione stessa dei planetesimi.
Ciò che è emerso dalle simulazioni è che, come anticipato, la loro diversità non sarebbe dovuta al fatto che si sono formate in differenti regioni del Sistema solare primordiale. «A quanto pare, diversi tipi di planetesimi si sono formati nella stessa regione del disco primordiale di polveri e gas, ma in momenti diversi», spiega Joanna Drążkowska, ricercatrice al Max Planck Institute e coautrice della pubblicazione. «La regione appena fuori dall’orbita di Giove», aggiunge la scienziata, «ha offerto condizioni eccellenti per questo processo».
Secondo lo studio, infatti, tutto sarebbe avvenuto in una fascia anulare situata appena oltre l’orbita di Giove, che avrebbe agito come una sorta di setaccio. “Trappola di polveri”, è così che la chiamano i ricercatori. In questa regione, l’elevata pressione del gas avrebbe favorito l’accumulo di enormi quantità di materia, successivamente aggregatasi in piccoli grumi chiamati pebbles, i “mattoni” dei planetesimi.
In questo scenario, Giove avrebbe avuto un ruolo cruciale. Accrescendo rapidamente materia, il pianeta avrebbe ripulito la propria orbita dal materiale circostante, scavando un vuoto nel disco protoplanetario del Sole. All’esterno di questa lacuna si sarebbe formata una regione ad alta pressione – la trappola di polveri, appunto – capace di trattenere la materia proveniente dal Sistema solare esterno. La composizione di questo materiale intrappolato sarebbe cambiata nel tempo, e con essa anche quella dei corpi che si sono formati.
Grafico che mostra l’evoluzione della composizione dei vari gruppi di condriti carbonacee in funzione del tempo. I diversi gruppi di condriti carbonacee (CO, CV, CM, TL, CI e CR) possono essere ricondotti a differenti generazioni di planetesimi formatisi nell’arco di circa due milioni di anni. Questi corpi primordiali si distinguono per la diversa proporzione di materiale a grana fine (in blu) e di inclusioni (in marrone). Crediti: Mps / hormesdesign.de
Le simulazioni ricostruiscono questa precisa sequenza evolutiva nel dettaglio. Circa 2,3 milioni di anni dopo la nascita del Sistema solare, le particelle più grandi e compatte – come le condrule e le inclusioni di calcio e alluminio – sarebbero rimaste bloccate nella trappola di polvere, mentre la matrice più fine sarebbe in parte riuscita a filtrare verso l’interno. Il risultato di questo “setacciamento” sarebbe stato la formazione delle condriti più povere di matrice, come quelle dei gruppi Ornans (CO) e Vigarano (CV).
Con il passare del tempo, il serbatoio di materiale “rigido” presente nel disco esterno iniziò a esaurirsi. Il flusso di polveri diretto verso la trappola divenne progressivamente più ricco di matrice, favorendo così la formazione delle condriti del gruppo di Mighei (CM) e delle meteoriti di Tagish Lake (TL).
Circa quattro milioni di anni dopo la nascita del Sistema solare, il disco protoplanetario iniziò a dissiparsi sotto l’effetto della fotoevaporazione. La densità del gas diminuì rapidamente e nella fase terminale si formarono prima le condriti del gruppo Renazzo (CR), ancora ricche di componenti rigide residue, e infine quelle del gruppo Ivuna (CI), costituite quasi esclusivamente da polvere finissima accumulata nelle ultime fasi di vita del disco.
Lo studio dimostra che le variazioni nella composizione delle condriti – cioè il rapporto tra la matrice fragile e le componenti rigide come le condrule e le inclusioni – non richiedono siti di formazione multipli, concludono gli autori. Sono invece il risultato del setacciamento differenziale dei materiali e dei tassi di consegna variabili dalla periferia del disco protoplanetario verso la trappola di polveri. Ciò implica che queste aree siano state il sito dominante per la formazione dei planetesimali nell’intero Sistema solare.
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal l’articolo “Carbonaceous Chondrites Provide Evidence for Late-stage Planetesimal Formation in a Pressure Bump” di Nerea Gurrutxaga, Joanna Drążkowska, Vignesh Vaikundaraman, and Thorsten Kleine