La Nebulosa Farfalla, un esempio di una regione di formazione stellare nella nebulosa Tarantola. La barra della scala bianca è di 2 anni luce o circa 120, 000 AU (Unità Astronomiche). Una luminosa stella centrale, oscurato dalla polvere, modifica gli isotopi dell'ossigeno nella nebulosa per fotodissociazione del monossido di carbonio. Questo è un altro esempio di un ambiente in cui gli isotopi dell'ossigeno potrebbero essere modificati nella nube molecolare prima della formazione di un sistema planetario. Credito:ASA ed ESA
Nella ricerca per scoprire le origini del nostro sistema solare, un team internazionale di ricercatori, tra cui lo scienziato planetario e cosmochimico James Lyons dell'Arizona State University, ha paragonato la composizione del Sole alla composizione dei materiali più antichi che si sono formati nel nostro sistema solare:inclusioni refrattarie in meteoriti non metamorfosati.
Analizzando gli isotopi dell'ossigeno (varietà di un elemento che hanno dei neutroni in più) di queste inclusioni refrattarie, il gruppo di ricerca ha determinato che le differenze di composizione tra il Sole, pianeti e altri materiali del sistema solare sono stati ereditati dalla nube molecolare protosolare che esisteva anche prima del sistema solare. I risultati del loro studio sono stati recentemente pubblicati in Progressi scientifici .
"È stato recentemente dimostrato che le variazioni nelle composizioni isotopiche di molti elementi nel nostro sistema solare sono state ereditate dalla nube molecolare protosolare, " ha detto l'autore principale Alexander Krot, dell'Università delle Hawaii. "Il nostro studio rivela che l'ossigeno non è l'eccezione".
Nube molecolare o nebulosa solare?
Quando gli scienziati confrontano gli isotopi dell'ossigeno 16, 17 e 18, osservano differenze significative tra la Terra e il Sole. Si ritiene che ciò sia dovuto alla lavorazione da parte della luce ultravioletta del monossido di carbonio, che viene frantumato portando a un grande cambiamento nei rapporti isotopici dell'ossigeno nell'acqua. I pianeti sono formati da polvere che eredita i rapporti isotopici dell'ossigeno modificati attraverso le interazioni con l'acqua.
Ciò che gli scienziati non sanno è se l'elaborazione dell'ultravioletto è avvenuta nella nube molecolare progenitrice che è collassata per formare il sistema proto-solare o più tardi nella nube di gas e polvere da cui si sono formati i pianeti, chiamata nebulosa solare.
Un esempio di una regione di formazione stellare in NGC 3324 nella nebulosa Carena, in cui le grandi stelle vicine scolpiscono la forma della nebulosa e alterano la distribuzione degli isotopi dell'ossigeno mediante la fotodissociazione del monossido di carbonio da parte della luce ultravioletta. I risultati del lavoro qui presentato favoriscono l'alterazione degli isotopi dell'ossigeno in un ambiente di nubi molecolari. La barra della scala bianca è 5 anni luce o 300, 000 AU (unità astronomiche, la distanza tra la Terra e il Sole). Credito:NASA, ESA, Hubble Heritage Team
Per determinare questo, il team di ricerca si è rivolto al componente più antico dei meteoriti, chiamate inclusioni di calcio-alluminio (CAI). Hanno usato una microsonda ionica, immagini di retrodiffusione di elettroni e analisi elementali a raggi X presso l'Istituto di geofisica e planetologia dell'Università delle Hawaii per analizzare attentamente i CAI. Hanno quindi incorporato un secondo sistema di isotopi (isotopi di alluminio e magnesio) per limitare l'età dei CAI, facendo il collegamento, per la prima volta, tra le abbondanze di isotopi di ossigeno e gli isotopi di alluminio di massa 26.
Da questi isotopi di alluminio e magnesio, hanno concluso che i CAI erano formati circa 10, 000 a 20, 000 anni dopo il crollo della nube molecolare progenitrice.
"Questo è estremamente presto nella storia del sistema solare, " disse Lione, che è professore associato di ricerca presso la School of Earth and Space Exploration dell'ASU, "così presto che non ci sarebbe stato abbastanza tempo per alterare gli isotopi dell'ossigeno nella nebulosa solare".
Rappresentazione artistica del protosole e della nebulosa solare. Anche in questo ambiente gli isotopi dell'ossigeno possono essere alterati dalla luce ultravioletta (frecce d'oro). Isotopi radiogeni di breve durata dell'alluminio (frecce ondulate marrone rossiccio) potrebbero anche essere stati iniettati nella nebulosa solare. Gli inserti mostrano immagini di retrodiffusione di elettroni da due delle inclusioni di calcio-alluminio analizzate per questo studio, e la posizione approssimativa in cui si sono formati questi condensati ad alta temperatura. I nuovi risultati qui presentati indicano che l'alterazione degli isotopi dell'ossigeno si è verificata principalmente nella nuvola molecolare madre, piuttosto che nella nebulosa solare. La Terra e tutto ciò che è sulla Terra ha acquisito una composizione isotopica di ossigeno derivata dalla nube molecolare da cui si è formato il sistema solare. La barra della scala bianca è tre AU (Unità astronomiche). Credito:NASA JPL-Caltech/Lyons/ASU
Sebbene siano necessarie ulteriori misurazioni e lavoro di modellazione per valutare appieno le implicazioni di questi risultati, hanno implicazioni per l'inventario dei composti organici disponibili durante il sistema solare e la successiva formazione di pianeti e asteroidi.
"Qualsiasi vincolo sulla quantità di elaborazione ultravioletta del materiale nella nebulosa solare o nella nuvola molecolare madre è essenziale per comprendere l'inventario dei composti organici che portano alla vita sulla Terra, " ha detto Lione.
