Simulazioni dettagliate della formazione planetaria stanno rivelando come minuscoli granelli di polvere si trasformino in pianeti giganti e potrebbero far luce su dove trovare nuovi mondi simili alla Terra.

Gli scienziati teorizzano che i pianeti si formino da dischi rotanti di gas che circondano le stelle appena formate, noti come dischi protoplanetari. Gli oggetti delle dimensioni di un sasso in questi dischi si raggruppano poi insieme per formare nuclei di potenziali pianeti.

Professor Anders Johansen dell'Università di Lund in Svezia, è sceso fino al livello dei nuclei atomici e delle molecole per cercare di capire come le particelle di polvere cosmica si uniscono in sassi e poi si trasformano in piccoli pianeti, detti planetesimi.

"La formazione del pianeta avviene quando queste particelle di polvere si scontrano, e crescono fino a dimensioni sempre più grandi, " ha detto. "Questa crescita ci porta poi da micrometri, fino a 10, 000 chilometri o giù di lì."

Un indizio su come questa polvere si trasforma in ciottoli può essere trovato sulla Terra nei meteoriti, pezzi di asteroidi che sono gli avanzi della formazione del sistema solare.

"C'è un mistero lì dentro, " disse il prof. Johansen. "Se guardi dentro un asteroide, trovi ciottoli di dimensioni millimetriche, che va bene. Ma il problema con quei sassi è che non sono quello che ci aspettiamo che siano. Ci aspetteremmo che siano soffici aggregati di polvere, un po' come se avessi una sandbox dopo la pioggia, e puoi raccogliere un pezzo di sabbia secca che è molto fragile, " Egli ha detto.

Anziché, i sassi sono sferici e duri, come se fossero stati riscaldati e raffreddati - simili a oggetti che sono stati colpiti da un fulmine.

"Il fulmine ha luogo quando le nuvole temporalesche scaricano la loro carica elettrica a terra, " ha detto il prof. Johansen. "Questa scarica è molto simile allo shock che si prova a causa dell'elettricità statica quando si indossa un maglione".

Il prof. Johansen ha teorizzato che ci deve essere un meccanismo durante la formazione del pianeta che crea particelle cariche positivamente e negativamente, e lui e la sua squadra hanno indagato su cosa fosse.

"Mentre una nuvola temporalesca ottiene una differenza di carica tra la sua parte superiore e quella inferiore dalla caduta di particelle di grandine, abbiamo scoperto che nel disco protoplanetario il decadimento di un elemento radioattivo chiamato Alluminio-26 è molto efficiente nel caricare le nuvole di polvere, " Egli ha detto.

Composizione chimica

La scoperta faceva parte di un progetto chiamato PLANETESYS, che utilizza simulazioni al computer per replicare i processi fisici che si verificano quando si formano i pianeti, dalla polvere al sistema planetario. Include dettagli sulla composizione chimica di ciascun ciottolo.

Una cosa che il prof. Johansen può esaminare osservando questa composizione chimica è il modo in cui i pianeti accumulano acqua, un ingrediente vitale per la vita.

"Una domanda ovvia è, "Quanta acqua riceve un pianeta?" Possiamo iniziare a speculare sul fatto che sia normale ricevere la quantità d'acqua della Terra, se è molta o poca acqua. Ma forse puoi anche prendere troppa acqua, che può essere buono per la vita ma non buono per le civiltà, " Egli ha detto.

Dr. Bertram Bitsch del Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg, Germania, dice che capire di più su come sorgono i pianeti aiuterebbe a identificare pianeti potenzialmente abitabili in altre parti dell'universo.

"Se capisci di più (sul) processo di formazione di come possiamo creare un sistema come il sistema solare, quindi possiamo forse fare previsioni (su) quanto spesso esisterebbero questi sistemi e quanto sarebbe comune trovare pianeti simili alla Terra (in orbita) altre stelle."

"Quindi, se vediamo una certa composizione del sistema... questo potrebbe permetterci di vedere che potrebbero esserci pianeti abitabili in quei sistemi."

Ricetta

Il Dr. Bitsch pensa di conoscere la ricetta per come i sistemi solari finiscono con pianeti simili alla Terra. Con un'attenta miscela di condizioni, da dove si formano i piccoli pianeti, alla loro composizione chimica e alle interazioni gravitazionali, può provare a modellare le condizioni per generare sistemi solari con pianeti abitabili.

Ma per capire la ricetta giusta è necessario lavorare a ritroso dopo aver eseguito molte simulazioni con una complessa potenza di supercalcolo, che sta facendo in un progetto chiamato PAMDORA che durerà fino al 2022.

"Voglio usare simulazioni al computer... in cui osserviamo le interazioni gravitazionali tra più corpi per modellare gli stadi dai planetesimi fino ai sistemi planetari completamente formati con pianeti terrestri, super Terre, e giganti gassosi, " Egli ha detto.

Nelle sue simulazioni, Il dottor Bitsch osserva come i sassolini nei dischi vorticosi si trasformano in embrioni planetari delle dimensioni della luna, che poi si sviluppano in pianeti completamente formati.

Alterare i diversi meccanismi in atto può influenzare i tipi di pianeti con cui può finire un sistema solare.

"Ci sono molti percorsi diversi che possono accadere, e molti parametri diversi che possono influenzare l'esito delle simulazioni, " ha detto. "Per esempio, quanto sono grandi i sassi, quanti sarebbero, e dove si formerebbero i tuoi planetesimi iniziali che poi inizierebbero a formare proto-pianeti?"

Per vedere quali variabili contano di più, esegue centinaia di simulazioni al computer che durano settimane alla volta e possono simulare decine di milioni di anni per modellare gli incontri altamente caotici di più oggetti.

Per i pianeti simili alla Terra, un fattore chiave è la vicinanza dei piccoli pianeti alla loro stella di origine, poiché la differenza di temperatura può determinare se i pianeti accumulano acqua direttamente durante la fase del disco gassoso o da un'erogazione tardiva di acqua da asteroidi o comete, come per la nostra Terra.

"Una cosa che è già nel codice è guardare la composizione delle super-Terre. Ad esempio, sono rocciose o dominate dal ghiaccio d'acqua?" ha detto il dottor Bitsch.

Super-Terre, che sono pianeti come la Terra, ma forse da due a dieci volte più massiccio, non esistono nel nostro sistema solare, ma sono relativamente comuni tra le altre stelle.

"Molte super-Terre sono state trovate e rilevate, e la domanda è di cosa sono fatti? Questo può darci la risposta a dove si sono formati".