L’illustrazione rappresenta l’emissione di gas dalla superficie di un esopianeta terrestre. Crediti: Dan Durda/Southwest Research Institute
Le meteoriti sono rocce primitive ed enigmatiche. La loro composizione chimica e mineralogica porta con sé preziosi segreti dallo spazio interplanetario, e gli scienziati le analizzano per scoprire di più sui processi di formazione del Sistema solare. Utilizzando un approccio insolito che prevede la “cottura” in forno ad alta temperatura di tre campioni di condriti carbonacee, un gruppo di ricercatori della University of California a Santa Cruz (Ucsc) ha scoperto importanti dettagli utili alla comprensione della composizione primordiale delle atmosfere degli esopianeti di tipo roccioso simili alla Terra, suggerendo che possa essere l’esito di processi diversi da quanto ipotizzato dai modelli teorici finora utilizzati. «Queste informazioni torneranno utili quando potremo osservare le atmosfere degli esopianeti con nuovi telescopi e una strumentazione avanzata», pronostica Maggie Thompson, prima autrice dell’articolo appena pubblicato su Nature Astronomy.
I risultati sostengono l’ipotesi che le atmosfere primordiali dei pianeti terrestri si formino in prima battuta dai gas rilasciati dalla superficie del pianeta a seguito dell’intenso riscaldamento dovuto all’accrescimento dei costituenti chimici elementari del pianeta e, successivamente, dall’attività vulcanica presente all’inizio della sua evoluzione. «Quando i costituenti chimici elementari di un pianeta iniziano a legarsi, il materiale si riscalda e produce dei gas e, se il pianeta è abbastanza grande, i gas verranno trattenuti formando l’atmosfera del pianeta», spiega Myriam Telus della Ucsc e coautrice dell’articolo, «Stiamo cercando di simulare in laboratorio questo processo primordiale, quando l’atmosfera di un pianeta è in formazione, in modo da poter mettere un po’ di vincoli sperimentali su questa nuova ipotesi»
Le tre meteoriti scelte per essere “infornate” appartengono a un tipo noto come condriti carbonacee di tipo CM: rocce che possiedono una composizione considerata rappresentativa del materiale da cui si sono formati il Sole e i pianeti. «Queste meteoriti sono residui di materiali elementari che hanno formato i pianeti nel Sistema solare», spiega Thompson, «Le condriti sono differenti da altri tipi di meteoriti in quanto non si sono scaldati abbastanza da fondersi, salvaguardando alcuni delle loro componenti più primitive»
In particolare, le meteoriti analizzate per questo studio sono state la condrite di Murchison, caduta in Australia nel 1969, la Jbilet Winselwan, raccolta nel deserto occidentale del Sahara nel 2013, e la Aguas Zarcas, caduta in Costa Rica nel 2019. «Può sembrare improprio usare meteoriti provenienti dal Sistema solare per comprendere meglio pianeti in orbita attorno ad altre stelle», dice Telus, «ma molti studi stanno dimostrando che questo tipo di materiale è in realtà abbastanza comune anche intorno a stelle diverse dal Sole».
Gli autori della ricerca, lavorando con colleghi esperti in scienza della materia, hanno realizzato un forno collegato a uno spettrometro di massa e a un sistema per il vuoto. I campioni di meteorite sono stati riscaldati a 1200 °C, quindi il sistema ha analizzato i gas volatili prodotti dai minerali in esse presenti. Il gas dominante era costituito da vapore acqueo, con significative quantità di monossido di carbonio e anidride carbonica e minori quantità di idrogeno e acido solfidrico.
I modelli delle atmosfere planetarie spesso si sviluppano a partire dalle abbondanze solari, ovvero assumono una composizione simile a quella del Sole, dominata dunque da idrogeno ed elio. «Sulla base delle emissioni di gas prodotte dalle meteoriti, tuttavia, ci si aspetterebbe che il gas dominante sia composto da vapore acqueo, seguito da monossido di carbonio e anidride carbonica», spiega Telus. «L’utilizzo delle abbondanze solari va bene per i pianeti di grandi dimensioni, come Giove, che acquisiscono le loro atmosfere dalla nebulosa solare, mentre per i pianeti di piccola massa si ritiene che le atmosfere derivano soprattutto dalle emissioni di gas prodotte dal loro stesso materiale».
I dati ottenuti dall’esperimento sono stati poi confrontati con le previsioni fornite dai modelli teorici basati sulla composizione delle meteoriti. «Qualitativamente otteniamo risultati abbastanza simili a quello che la teoria prevede che dovrebbe avvenire durante le emissioni di gas, ma ci sono anche alcune differenze», dice Thompson. «Occorrono altri esperimenti per osservare cosa accade realmente nella pratica. Vogliamo proseguire l’analisi su una vasta gamma di meteoriti, per fornire migliori vincoli ai modelli teorici delle atmosfere esoplanetarie».
L’esperimento che prevede la “cottura” delle meteoriti non è nuovo. Affascinati da ciò che accade quando le meteoriti attraversano a velocità l’atmosfera della Terra, già altri ricercatori avevano provato a riscaldarle, ma quella che qui si propone è una ricetta del tutto nuova, che si serve di metodi di analisi differenti. «Molte persone sono interessate a ciò che accade quando le meteoriti entrano nell’atmosfera terrestre», conclude Thompson, «ma studi di questo tipo non erano mai stati condotti avendo in mente il nostro stesso scopo, ovvero comprendere le emissioni di gas»
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Astronomy l’articolo “Composition of terrestrial exoplanet atmospheres from meteorite outgassing experiments“, di Maggie A. Thompson, Myriam Telus, Laura Schaefer, Jonathan J. Fortney, Toyanath Joshi e David Lederman