I venti stellari ricchi di polvere, simili a quelli prodotti dalla Nebulosa Uovo raffigurata in questa immagine, sono una fonte plausibile dei grani presolari di carburo di silicio trovati in meteoriti come quello di Murchison. Crediti: Nasa, W. Sparks (STScI) e R. Sahai (Jpl), Janaína N. Ávila
Le stelle non sono immutabili: hanno tutte un ciclo di vita. Nascono quando granelli di polvere e gas che fluttuano nello spazio si incontrano, si uniscono e collassano l’uno sull’altro, aumentando la densità e riscaldandosi. Bruciano per un periodo di tempo che va da milioni a miliardi di anni e poi muoiono. Quando muoiono, rilasciano nello spazio le particelle che si sono formate nei loro venti e quei granelli di polvere di stelle alla fine formano nuove stelle, nuovi pianeti, nuove lune e meteoriti. Ed è proprio in un meteorite caduto cinquant’anni fa in Australia, che gli scienziati hanno scoperto polvere di stelle formatasi da 5 a 7 miliardi di anni fa.
«Questo è uno degli studi più interessanti a cui ho lavorato», afferma Philipp Heck, curatore del Field Museum, professore associato presso l’Università di Chicago e primo autore di un articolo pubblicato sui Proceedings of the National Academy of Sciences. «Sono i materiali solidi più antichi mai trovati sulla Terra e ci raccontano come si sono formate le stelle nella nostra galassia».
I materiali esaminati da Heck e dai suoi colleghi sono chiamati grani presolari, minerali formati prima della nascita del Sole. «Sono campioni di stelle solidi, vera polvere di stelle», afferma Heck. Questi frammenti di polvere di stelle sono stati intrappolati nei meteoriti, e lì sono rimasti invariati per miliardi di anni, diventando vere e proprie capsule del tempo di un periodo precedente la formazione del Sistema solare.
Ma i grani presolari sono difficili da trovare. Sono rari, trovati solo in circa il cinque percento dei meteoriti caduti sulla Terra, e sono minuscoli: cento dei più grandi, uno accanto all’altro, entrerebbero nello spazio occupato da una riga di questa frase. Il Field Museum ha la porzione più grande del meteorite Murchison, un prezioso scrigno di grani presolari caduto in Australia nel 1969, dal quale sono stati isolati i grani presolari di questo studio, circa 30 anni fa, all’università di Chicago.
«Siamo partiti con la frantumazione dei frammenti del meteorite in una polvere», spiega Jennika Greer, coautrice dello studio. «Una volta che tutti i pezzi sono stati separati, abbiamo ottenuto una specie di pasta con un odore pungente caratteristico, di burro di arachidi marcio». Questa “pasta di meteorite-burro di arachidi marcio” è stata quindi sciolta in acido, fino a quando sono rimasti solo i grani presolari. «È un po’ come bruciare il pagliaio per trovare l’ago», scherza Heck.
Una volta isolati i grani presolari, i ricercatori hanno capito da quali tipi di stelle provenivano e quanti anni avevano. «Abbiamo utilizzato i dati delle età ottenute con metodi di esposizione, che sostanzialmente misurano l’esposizione ai raggi cosmici, particelle di alta energia che si diffondono nella nostra galassia e penetrano nella materia solida», spiega Heck. «Alcuni di questi raggi cosmici interagiscono con la materia e formano nuovi elementi. E più la materia rimane esposta, più si formano quegli elementi».
«Potremmo fare un’analogia con un secchio vuoto lasciato all’aperto, durante un temporale. Supponendo che la pioggia sia costante, la quantità di acqua che si accumula nel secchio ci dice per quanto tempo il secchio è stato esposto alla pioggia», aggiunge. Misurando quanti di questi nuovi elementi prodotti dai raggi cosmici sono presenti in un grano presolare, possiamo dire per quanto tempo è stato esposto ai raggi cosmici, e quindi quanti anni ha.
Microfotografia elettronica a scansione di un grano presolare datato al carburo di silicio. La dimensione più lunga del grano è pari a 8 micrometri. Crediti: Janaína N. Ávila
I ricercatori hanno così appreso che alcuni dei grani presolari del loro campione erano i più antichi finora scoperti: la maggior parte dei grani doveva avere tra 4.6 e 4.9 miliardi di anni, e alcuni avevano persino più di 5.5 miliardi di anni. Come termine di paragone, il nostro Sole ha 4.6 miliardi di anni e la Terra ne ha circa 4.5 miliardi.
Ma l’età dei grani presolari non ha rappresentato la fine di questo studio. Poiché i grani presolari si formano quando la stella muore, possono raccontarci la storia delle stelle. Ciò che emerso dallo studio è che circa 7 miliardi di anni fa si siano formate una marea di nuove stelle: una sorta di boom di nascite astrali.
«Abbiamo più grani di quanti ci aspettavamo», afferma Heck. «La nostra ipotesi è che la maggior parte di quei grani, che hanno dai 4.9 ai 4.6 miliardi di anni, si siano formati in un episodio di formazione stellare particolarmente intenso. Ci dev’essere stato un tempo, prima dell’inizio del Sistema solare, nel quale si formarono più stelle del normale».
Questa scoperta rappresenta un’importante cartuccia nel dibattito tra scienziati sul fatto che nuove stelle si formino o meno a un ritmo costante. «Alcuni scienziati pensano che il tasso di formazione stellare nella Galassia sia costante», dice Heck. «Ma grazie a questi grani provenienti da meteoriti, ora abbiamo le prove dirette che sette miliardi di anni fa c’è stato un periodo nel quale la formazione stellare nella nostra Galassia è stata più intensa».
Heck fa notare che questo non è l’unico risultato inaspettato trovato dal suo team. Esaminando il modo in cui i minerali nei grani interagivano con i raggi cosmici, i ricercatori hanno anche appreso che i grani presolari spesso fluttuano nello spazio agglomerati in grandi gruppi, come granola. «Nessuno pensava che ciò fosse possibile, su quella scala», afferma Heck. «Con questo studio», continua il professore, «abbiamo determinato direttamente il tempo di vita della polvere di stelle. Ci auguriamo che queste stime vengano recepite e impiegate come input nei modelli dell’intero ciclo di vita della Galassia».
Sono ancora molte le domande a cui rispondere per quanto riguarda i grani presolari e gli inizi del Sistema solare. «La polvere di stelle è il materiale più antico che raggiunge la Terra e da essa possiamo conoscere le nostre stelle progenitrici, l’origine del carbonio nei nostri corpi, l’origine dell’ossigeno che respiramo. Con la polvere di stelle, possiamo risalire indietro nel tempo, prima della nascita del Sole».
Nel 1980, l’astronomo e divulgatore scientifico Carl Sagan disse: «Siamo fatti della stessa materia delle stelle. Siamo un mezzo per il cosmo di conoscere sé stesso». Ora ne abbiamo le prove.
Per saperne di più:
- Leggi su Pnas l’articolo “Lifetimes of interstellar dust from cosmic ray exposure ages of presolar silicon carbide” di Philipp R. Heck, Jennika Greer, Levke Kööp, Reto Trappitsch, Frank Gyngard, Henner Busemann, Colin Maden, Janaína N. Ávila, Andrew M. Davis, and Rainer Wieler