Prima che la Terra e altri pianeti si formassero, il giovane sole era ancora circondato da gas e polvere cosmici. Nel corso dei millenni dalla polvere si sono formati frammenti di roccia di varie dimensioni. Molti di questi divennero elementi costitutivi per i pianeti successivi. Altri non sono diventati parte di un pianeta e orbitano ancora oggi intorno al sole, ad esempio come asteroidi nella fascia degli asteroidi.

I ricercatori dell'ETH di Zurigo e del Centro nazionale di competenza nella ricerca (NCCR) PlanetS, in collaborazione con un team internazionale, hanno analizzato campioni di ferro dai nuclei di tali asteroidi che sono atterrati sulla Terra come meteoriti. In tal modo, hanno svelato parte della loro prima storia durante il periodo in cui si sono formati i pianeti. Le loro scoperte sono state pubblicate sulla rivista Nature Astronomy .

Testimoni del primo sistema solare

"Precedenti studi scientifici hanno mostrato che gli asteroidi nel sistema solare sono rimasti relativamente invariati dalla loro formazione, miliardi di anni fa", spiega Alison Hunt, autore principale dello studio e ricercatore presso l'ETH di Zurigo e l'NCCR PlanetS. "Sono quindi un archivio, in cui vengono preservate le condizioni del primo sistema solare", afferma Hunt.

Ma per sbloccare questo archivio, i ricercatori hanno dovuto preparare ed esaminare a fondo il materiale extraterrestre. Il team ha prelevato campioni da 18 diversi meteoriti di ferro, che un tempo facevano parte dei nuclei metallici degli asteroidi. Per effettuare la loro analisi, hanno dovuto sciogliere i campioni per poter isolare gli elementi Palladio, Argento e Platino per la loro analisi dettagliata. Con l'aiuto di uno spettrometro di massa, hanno misurato l'abbondanza di diversi isotopi di questi elementi. Gli isotopi sono atomi distinti di determinati elementi, in questo caso Palladio, Argento e Platino, che condividono tutti lo stesso numero di protoni nei loro nuclei ma variano nel numero di neutroni.

Nei primi milioni di anni del nostro sistema solare, i nuclei degli asteroidi metallici sono stati riscaldati dal decadimento radioattivo degli isotopi. Quando hanno iniziato a raffreddarsi, uno specifico isotopo d'argento prodotto dal decadimento radioattivo ha iniziato ad accumularsi. Misurando gli attuali rapporti isotopici d'argento all'interno dei meteoriti di ferro, i ricercatori hanno potuto determinare sia quando che la velocità con cui i nuclei degli asteroidi si erano raffreddati.

I risultati hanno mostrato che il raffreddamento è stato rapido e probabilmente si è verificato a causa di gravi collisioni con altri corpi, che hanno rotto il mantello roccioso isolante degli asteroidi ed esposto i loro nuclei metallici al freddo dello spazio. Sebbene il raffreddamento rapido fosse stato indicato da studi precedenti basati su misurazioni dell'isotopo d'argento, la tempistica era rimasta poco chiara.

"Le nostre misurazioni aggiuntive delle abbondanze degli isotopi di platino ci hanno permesso di correggere le misurazioni dell'isotopo d'argento per le distorsioni causate dall'irradiazione cosmica dei campioni nello spazio. Quindi siamo stati in grado di datare i tempi delle collisioni in modo più preciso che mai", riferisce Hunt. "E con nostra sorpresa, tutti i nuclei di asteroidi che abbiamo esaminato sono stati esposti quasi contemporaneamente, in un lasso di tempo compreso tra 7,8 e 11,7 milioni di anni dopo la formazione del sistema solare", afferma il ricercatore.

Le collisioni quasi simultanee dei diversi asteroidi hanno indicato al team che questo periodo doveva essere stato una fase molto instabile del sistema solare. "Sembra che tutto stesse andando in pezzi in quel momento", dice Hunt. "And we wanted to know why," she adds.

From the laboratory to the solar nebula

The team considered different causes by combining their results with those from the latest, most sophisticated computer simulations of the solar system development. Together, these sources could narrow down the possible explanations.

"The theory that best explained this energetic early phase of the solar system indicated that it was caused primarily by the dissipation of the so-called solar nebula," study co-author, NCCR PlanetS member and Professor of Cosmochemistry at the ETH Zurich, Maria Schönbächler explains. "This solar nebula is the remainder of gas that was left over from the cosmic cloud out of which the Sun was born. For a few million years, it still orbited the young Sun until it was blown away by solar winds and radiation," Schönbächler says

While the nebula was still around, it slowed down the objects orbiting the sun in it—similar to how air resistance slows a moving car. After the nebula had disappeared, so the researchers suggest, the lack of gas drag allowed the asteroids to accelerate and collide into each other—like bumper cars that were turned to turbo-mode.

"Our work illustrates how improvements in laboratory measurement techniques allow us to infer key processes that took place in the early solar system—like the likely time by which the solar nebula had gone. Planets like the Earth were still in the process of being born at that time. Ultimately, this can help us to better understand how our own planets were born, but also give us insights into others outside our solar system," Schönbächler concludes. + Esplora ulteriormente

Stardust from red giants