Un’illustrazione artistica della fascia degli asteroidi. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech
Un recente studio condotto dai ricercatori e dalle ricercatrici dell’Earth-Life Science Institute (Elsi) dell’Istituto di tecnologia di Tokyo mostra che le meteoriti che hanno contribuito a formare la Terra potrebbero essersi formate fuori dal Sistema solare, a distanze maggiori di dieci unità astronomiche, e poi sarebbero arrivate nel nostro sistema planetario durante le sue fasi iniziali particolarmente turbolente. I risultati dello studio sono stati pubblicati a dicembre 2021 su Agu Advances.
Il modello maggiormente accettato dalla comunità scientifica per la formazione del Sistema solare prevede che questo si sia formato nella cosiddetta nebulosa solare, una nube di gas e polvere che avrebbe iniziato a collassare gravitazionalmente su se stessa circa 4.6 miliardi di anni fa. La nube, poi, avrebbe iniziato a ruotare formando un disco con una grande concentrazione di massa al centro, da cui sarebbe nato il Sole. Attorno al Sole neonato, il materiale residuo del disco, aggregandosi, avrebbe portato alla formazione di planetesimi, che sono blocchi rocciosi di qualche chilometro, e poi ai protopianeti, veri e propri pianeti in fasce. Con l’avvio delle reazioni di fusione nucleare, il giovane Sole si è fatto stella e irradiando il disco circostante avrebbe creato un gradiente di calore nel Sistema solare primordiale. Questo ha fatto sì che i pianeti interni siano rocciosi e per lo più composti da elementi pesanti, come ferro, magnesio e silicio, mentre quelli esterni siano composti principalmente da elementi più leggeri, come idrogeno, elio, carbonio, azoto e ossigeno.
La Terra si sarebbe formata in parte dalle condriti carbonacee, un tipo di meteoriti che contengono acqua e materiali organici. Queste meteoriti potrebbero aver portato sulla Terra elementi come l’acqua. Si pensa che queste meteoriti vengano da asteroidi della fascia principale. Le osservazioni al telescopio di questi asteroidi mostrano che i loro strati più esterni ospitano ghiaccio d’acqua o argille, oppure entrambe, che sono stabili a temperature molto basse. Ci sono diversi fattori che ci portano a pensare che le condriti carbonacee nascano da questi asteroidi. Tuttavia, il mistero non è ancora risolto, perché le meteoriti recuperate sulla Terra non hanno le stesse caratteristiche. Infatti, le argille che contengono alcuni asteroidi della fascia principale non si vedono affatto nelle meteoriti. Allora queste meteoriti da dove vengono?
Come abbiamo anticipato, lo studio dell’Earth-Life Science Institute propone che queste meteoriti arrivino da lontano. In particolare, in base ai risultati, il gruppo di ricerca propone che gli asteroidi della fascia principale esterna, da cui nascono le meteoriti che hanno contribuito alla formazione della Terra, si siano in realtà formati in orbite a distanze maggiori di dieci unità astronomiche, e si siano poi differenziati per formare diversi minerali nei mantelli ricchi di acqua e nei nuclei rocciosi.
Le quattro fasi di formazione ed evoluzione delle meteoriti (cliccare per ingrandire). I corpi si sarebbero formati in corpi differenziati acqua-roccia, formati per accrescimento come planetesimi ghiacciati oltre le snow line di ammoniaca e anidride carbonica, con l’accumulo di ghiaccio di ammoniaca e anidride carbonica e ghiaccio di acqua (Fase 1). Per il riscaldamento, questi corpi avrebbero perso anidride carbonica e un ulteriore riscaldamento avrebbe differenziato acqua e roccia all’interno del corpo, portando così alla formazione di un nucleo roccioso poroso con intorno un oceano fangoso coperto di ghiaccio (Fase 2). A questa, segue una fase di congelamento. Prima di una significativa perdita di acqua, il congelamento porta alla comparsa di particolari minerali nel mantello ghiacciato (Fase 3). Fino ad arrivare all’ultima fase, che porta alla formazione di frammenti (Fase 4). Crediti: Kurokawa et al., 2021, Figura 7. Versione in italiano a cura di Media Inaf
Lo studio ha combinato osservazioni e modelli teorici. Gli asteroidi sono stati osservati con il telescopio spaziale giapponese Akari. Combinando queste osservazioni con modelli idrogeologici, geochimici e spettrali per le reazioni acqua-roccia, il team ha ipotizzato che i minerali superficiali presenti sugli asteroidi della fascia principale esterna, in particolare le argille contenenti ammoniaca (NH3), si sarebbero formati da materiali contenenti ammoniaca e anidride carbonica (CO2) che sono stabili solo a temperature molto basse e in condizioni ricche d’acqua.
Sulla base dei risultati trovati, il gruppo di ricerca ha delineato uno scenario per la formazione e l’evoluzione degli asteroidi della fascia principale esterna. Il processo proposto si articola in quattro fasi: accrescimento, differenziazione e alterazione, congelamento e distruzione. Dopo la prima fase di accrescimento, il corpo si riscalda e si differenzia in roccia, nella parte più interna, e acqua sotto forma di ghiaccio, nella parte più esterna. A queste fasi ne segue una di congelamento, la cui durata dipende dalle dimensioni del corpo. Ora, le regioni interne ed esterne hanno mineralogie e assorbimenti spettrali diversi. Infine, con l’ultima fase, in caso di impatti, i frammenti del nucleo sopravvivono e diventano meteoriti.
Come abbiamo anticipato sono state riscontrate delle discrepanze fra le meteoriti carbonacee e gli asteroidi della fascia principale esterna, in particolare, si sono osservate delle discrepanze nei loro spettri. Per comprendere la fonte di queste discrepanze, il gruppo di ricerca ha modellizzato con delle simulazioni al computer l’evoluzione chimica di diverse miscele primitive plausibili per simulare asteroidi primitivi. Con questi modelli il team ha prodotto una serie di spettri che poi ha confrontato con quelli ottenuti con le osservazioni. Dal confronto, è venuto fuori che il materiale di partenza doveva contenere una quantità significativa di acqua e ammoniaca, un’abbondanza relativamente bassa di anidride carbonica e reagire a temperature inferiori a 70 °C, suggerendo appunto che gli asteroidi si sarebbero formati molto più lontano rispetto alle loro attuali posizioni nel Sistema solare. Inoltre, alcune caratteristiche delle meteoriti in esame potrebbero essere attribuite a reazioni che avvengono in profondità all’interno degli asteroidi, dove le temperature raggiungono valori più alti.
Questo studio mostra che la formazione della Terra e le sue proprietà derivano da aspetti peculiari della formazione del Sistema solare. «Resta da determinare se la formazione del Sistema solare sia un comportamento peculiare», commenta Hiroyuki Kurokawa, autore principale del lavoro, «ma numerose misurazioni mostrano che potremmo essere in grado di collocare presto la nostra storia cosmica in un contesto più ampio».
L’ipotesi di un’origine lontana degli asteroidi permette di fare alcune previsioni sui materiali raccolti dalla sonda giapponese Hayabusa 2 e dalla missione Osiris-Rex della Nasa. Le analisi su questi campioni permetteranno di testare il modello proposto dal team dell’istituto giapponese.
Per saperne di più:
- Leggi su Agu Advances l’articolo “Distant Formation and Differentiation of Outer Main Belt Asteroids and Carbonaceous Chondrite Parent Bodies“, di Kurokawa, H., Shibuya, T., Sekine, Y.,
Ehlmann, B. L., Usui, F., Kikuchi, S. e Yoda, M