Una gigante rossa (stella AGB) produce elementi pesanti come molibdeno e palladio, che formano polvere (quadrati rossi), mentre elementi come il cadmio e parte del palladio fuoriescono sotto forma di gas. Le esplosioni di supernova producono anche elementi più pesanti e li espellono nello spazio sotto forma di polvere (triangoli blu) e gas. Nel mezzo interstellare, la polvere di stelle si mescola ai granelli di polvere lì formati. Nel disco fatto di gas e polvere, granelli di polvere più volatili vicino al caldo, giovane sole sono distrutti. La polvere di stelle delle giganti rosse è più resistente dell'altra polvere e quindi si accumula nelle regioni più vicine al sole. Il giovane Giove fungeva da barriera impedendo la miscelazione del materiale dall'interno e dalle regioni. Credito:Mattias Ek/Maria Schönbächler
Parte del materiale da costruzione della Terra era polvere di stelle delle giganti rosse, ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno stabilito. Hanno anche spiegato perché la Terra contiene più di questa polvere di stelle rispetto agli asteroidi o al pianeta Marte, che sono più lontane dal sole.
Circa 4,5 miliardi di anni fa, una nube molecolare interstellare è collassata. Al suo centro, il sole si formò; intorno a quello, apparve un disco di gas e polvere, da cui si formerebbero la Terra e gli altri pianeti. Questo materiale interstellare completamente mescolato includeva granelli di polvere esotici:"La polvere di stelle che si era formata intorno ad altri soli, " spiega Maria Schönbächler, professore presso l'Istituto di geochimica e petrologia dell'ETH di Zurigo e membro del NCCR PlanetS. Questi granelli di polvere costituivano solo una piccola percentuale dell'intera massa di polvere e si distribuivano in modo non uniforme su tutto il disco. "La polvere di stelle era come sale e pepe, " dice il geochimico. Mentre i pianeti si formavano, ognuno ha finito con il suo mix.
Grazie a tecniche di misurazione estremamente precise, i ricercatori sono ora in grado di rilevare la polvere di stelle che era presente alla nascita del nostro sistema solare. Esaminano elementi chimici specifici e misurano l'abbondanza di diversi isotopi:i sapori atomici di un dato elemento, che condividono tutti lo stesso numero di protoni nei loro nuclei ma variano nel numero di neutroni.
"Le proporzioni variabili di questi isotopi agiscono come un'impronta digitale, " dice Schönbächler. "Stardust è davvero estremo, impronte digitali uniche e poiché è stato diffuso in modo non uniforme attraverso il disco protoplanetario, ogni pianeta e ogni asteroide ha avuto la propria impronta digitale quando si è formato".
Meteorite di ferro che è stato analizzato presso l'Istituto di geochimica e petrologia dell'ETH di Zurigo. Credito:Windell Oskay/Flickr/CC BY 2.0
Studiare il palladio nei meteoriti
Negli ultimi 10 anni, i ricercatori che studiano campioni di roccia dalla Terra e meteoriti sono stati in grado di dimostrare queste cosiddette anomalie isotopiche per un numero sempre maggiore di elementi. Schönbächler e il suo gruppo hanno esaminato meteoriti che originariamente facevano parte di nuclei di asteroidi distrutti molto tempo fa, con un focus sull'elemento palladio.
Altre squadre avevano già studiato gli elementi vicini nella tavola periodica, come molibdeno e rutenio, quindi il team di Schönbächler poteva prevedere cosa avrebbero mostrato i loro risultati sul palladio. Ma le loro misurazioni di laboratorio non hanno confermato le previsioni. "I meteoriti contenevano anomalie del palladio molto più piccole del previsto, "dice Mattias Ek, postdoc presso l'Università di Bristol che ha effettuato le misurazioni degli isotopi durante la sua ricerca di dottorato presso l'ETH.
Ora, i ricercatori hanno escogitato un nuovo modello per spiegare questi risultati, come riportano sul giornale Astronomia della natura . Sostengono che la polvere di stelle consistesse principalmente di materiale prodotto nelle stelle giganti rosse. Queste sono stelle invecchiate che si espandono perché hanno esaurito il carburante nel loro nucleo. il nostro sole, pure, diventerà una gigante rossa tra 4 o 5 miliardi di anni.
In queste stelle, elementi pesanti come molibdeno e palladio sono stati prodotti da quello che è noto come il processo di cattura dei neutroni lenta. "Il palladio è leggermente più volatile degli altri elementi misurati. Di conseguenza, meno si è condensato in polvere intorno a queste stelle, e quindi c'è meno palladio dalla polvere di stelle nei meteoriti che abbiamo studiato, "Ek dice.
I ricercatori dell'ETH hanno anche una spiegazione plausibile per un altro enigma della polvere di stelle:la maggiore abbondanza di materiale proveniente da giganti rosse sulla Terra rispetto a Marte o Vesta o altri asteroidi più lontani nel sistema solare. Questa regione esterna ha visto un accumulo di materiale dalle esplosioni di supernova.
"Quando i pianeti si formarono, le temperature più vicine al sole erano molto alte, " spiega Schönbächler. Ciò ha causato granelli di polvere instabili, ad esempio, quelli con la crosta ghiacciata, evaporare. Il materiale interstellare conteneva più di questo tipo di polvere che è stata distrutta vicino al sole, mentre la polvere di stelle delle giganti rosse era meno soggetta alla distruzione e quindi si concentrava lì. È ipotizzabile che anche la polvere originata dalle esplosioni di supernova evapori più facilmente, visto che è un po' più piccolo. "Questo ci permette di spiegare perché la Terra ha il più grande arricchimento di polvere di stelle dalle stelle giganti rosse rispetto ad altri corpi del sistema solare, " dice Schönbächler.
