André Izidoro, astrofisico della Rice University di Houston, in Texas, ha creato una simulazione al computer della formazione del Sistema Solare appena emerso dalle ceneri di una nuvola collassata di polvere e gas, nota come nebulosa solare
Il modello ha mostrato che il Sole era circondato da giganteschi anelli di polvere simili a quelli di Saturno, i quali avrebbero impedito alla Terra di diventare una "super-Terra", un tipo di pianeta che è circa il doppio del nostro e ha una massa fino a 10 volte maggiore.
La ricostruzione ha mostrato che c'erano probabilmente tre aree distinte in cui le particelle solide vaporizzavano in gas, chiamate "linee di sublimazione". Nella linea più vicina al Sole, ovvero la zona più calda, erano i silicati solidi a trasformarsi in gas, in quella di mezzo era il ghiaccio e nella linea più lontana, il monossido di carbonio.
La vaporizzazione di silicati solidi, acqua e monossido di carbonio alle "linee di sublimazione" causò "dossi di pressione" nel disco protoplanetario del Sole, intrappolando la polvere in tre anelli distinti.
Qui, le particelle solide di polvere hanno iniziato a speronarsi, accumulandosi.
"L'effetto dei dossi di pressione raduna le particelle di polvere ed è per questo che vediamo gli anelli", ha affermato Andrea Isella, professore di fisica e astronomia alla Rice University e coautore dello studio pubblicato su Nature Astronomy. Se queste zone di pressione non fossero esistite, il Sole avrebbe inghiottito rapidamente le particelle, senza lasciare semi per la crescita dei pianeti.
Con il tempo, il gas e la polvere che circondavano il Sole si raffreddarono e le linee di sublimazione si avvicinarono sempre più al Sole. Questo processo ha permesso alla polvere di accumularsi in planetesimi, o semi planetari delle dimensioni di un asteroide, dai quali sarebbero nati i pianeti.
"Il nostro modello mostra che i dossi di pressione possono concentrare la polvere e i dossi di pressione in movimento possono fungere da fabbriche planetarie", ha affermato André Izidoro, astrofisico della Rice University di Houston.
"I dossi di pressione regolavano la quantità di materiale disponibile per formare i pianeti nel Sistema Solare interno", ha soèttolineato Izidoro.
Un'illustrazione di tre distinti anelli di formazione planetesimale che potrebbero aver prodotto i pianeti e altre caratteristiche del Sistema Solare, secondo un modello computazionale della Rice University.
Crediti: Rajdeep Dasgupta
Secondo le simulazioni, l'anello più vicino al Sole avrebbe formato i pianeti del Sistema Solare interno: Mercurio, Venere, Terra e Marte. L'anello centrale avrebbe generato i pianeti del Sistema Solare esterno, mentre dall'anello più esterno sarebbero nate le comete, gli asteroidi e altri piccoli corpi nella fascia di Kuiper, la regione oltre l'orbita di Nettuno.
La simulazione si è rivelata così fedele da òriprodurre caratteristiche del Sistema Solare assenti nei modelli precedenti, come:
- Le posizioni e le orbite stabili, quasi circolari, di Terra, Marte, Venere e Mercurio.
- Le masse dei pianeti interni, incluso Marte, che molti modelli del Sistema Solare sovrastimano.
- La dicotomia tra la composizione chimica degli oggetti nel Sistema Solare interno ed esterno.
- Una regione oltre l'orbita di Nettuno, la Cintura di Kuiper, fatta di comete, asteroidi e piccoli corpi
Alla base del nuovo modello
Il fulcro di questo modello è l'idea che tre bande di alta pressione si siano formate all'interno del disco di gas e polvere del giovane Sole. Tali "dossi di pressione" sono stati osservati in dischi stellari ad anello attorno a stelle lontane e lo studio evidenzia come gli urti e i dossi di pressione potrebbero spiegare l'architettura del Sistema Solare.
Per decenni, gli scienziati hanno creduto che il gas e la polvere nei dischi protoplanetari diventassero gradualmente meno densi, cadendo dolcemente in funzione della distanza dalla stella. Ma le simulazioni al computer mostrano che è improbabile che i pianeti si formino in questo tipo di scenario.
"In un disco liscio, tutte le particelle solide - granelli di polvere o massi - verrebbero attirate verso l'interno molto rapidamente e andrebbero perse nella stella", ha detto Isella. "Si ha bisogno di qualcosa per fermarle, in modo da dare loro il tempo di crescere in pianeti".
Quando le particelle si muovono più velocemente del gas che le circonda, "sentono un vento contrario e si spostano molto rapidamente verso la stella", ha spiegato Izidoro. A colpi di pressione, la pressione del gas aumenta, le molecole di gas si muovono più velocemente e le particelle solide smettono di sentire il vento contrario. "Questo è ciò che consente alle particelle di polvere di accumularsi in caso di urti di pressione", ha affermato.
Gli astronomi hanno osservato urti di pressione e anelli nel disco protoplanetario di altre stelle con l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).
"ALMA è in grado di acquisire immagini molto nitide di giovani sistemi planetari che si stanno ancora formando e abbiamo scoperto che molti dei dischi protoplanetari in questi sistemi sono caratterizzati da anelli", ha affermato Isella. “L'effetto dell'urto di pressione è che raccoglie le particelle di polvere ed è per questo che vediamo degli anelli. Questi anelli sono regioni in cui ci sono più particelle di polvere che negli spazi vuoti tra gli anelli".
Izidoro ha affermato che la formazione ritardata dell'anello centrale avrebbe potuto portare alla nascita delle super-Terre.
"In quei casi, quando si forma l'urto di pressione, molta massa ha già invaso il sistema interno ed è disponibile per creare super-Terre", ha detto. "Quindi il momento in cui si è formato questo urto di pressione media potrebbe essere un aspetto chiave del Sistema Solare".
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