Dalla metà degli anni '70 del secolo scorso, gli astronomi ritengono che la Luna si sia formata circa 4,5 miliardi di anni fa a seguito della collisione tra la Terra e un propianeta delle dimensioni di Marte, chiamato Theia. Il colossale impatto avrebbe creato un enorme campo di detriti da cui il nostro satellite si sarebbe lentamente formato nel corso di migliaia di anni. Ma la nuova simulazione dimostra che la Luna potrebbe essere nata istantaneamente da un pezzo della Terra scagliato nello spazio. Questa teoria della formazione rapida suggerisce anche una diversa composizione interna del nostro satellite, che potrebbe offrire una spiegazione per alcune delle curiose caratteristiche simili alla Terra viste nei campioni lunari. Al contrario, nella teoria della formazione lenta, il materiale del campo di detriti sarebbe stato prevalentemente di Theia piuttosto che della Terra. Un'idea contestata quando si è scoperto che le rocce lunari sembrano avere una composizione molto simile al mantello terrestre.
Gli scienziati hanno pubblicato le loro scoperte sulla rivista The Astrophysical Journal Letters.

 

Alta risoluzione

La simulazione del team ha preso in considerazione centinaia di diversi scenari di impatto che hanno variato l'angolo e la velocità della collisione di Theia oltre a variare le masse e le rotazioni dei due corpi in collisione. Ha anche mostrato che un grande satellite naturale come la Luna ancora in formazione potrebbe sopravvivere in un'orbita ravvicinata attorno alla Terra.

In precedenza si pensava che un grande corpo in rapida formazione vicino alla Terra sarebbe stato fatto a pezzi dalle forze di marea emergenti dall'influenza gravitazionale del nostro pianeta, favorendo così la teoria della formazione lenta. Queste nuove simulazioni suggeriscono che un tale corpo potrebbe non solo sopravvivere alle forze di marea ma potrebbe effettivamente essere spinto su un'orbita più alta, liberandosi dalla minacciosa attrazione gravitazionale terrestre.

Theia Impact

Una delle simulazioni ottenute nel nuovo studio; Theia è in giallo-marrone mentre la proto-Terra in arancione-grigio. Le particelle colorate in verde sono quelle di un residuo di materiale destinato a ricadere sulla Terra mentre quelle in viola finiscono per formare la Luna. Il primo fotogramma si riferisce a circa 5 minuti dopo il primo contatto tra i due corpi celesti, l'ultimo 35 ore dopo. - Credits:Kegerreis et al., APJ - Processing: Marco Di Lorenzo

I risultati ad alta risoluzione sono stati ottenuti con l'impressionante potenza di calcolo del sistema chiamato COSMA (abbreviazione di "cosmology machine") situato presso la Durham University in Inghilterra e il software SPH With Inter-dependent Fine-grained Tasking (SWIFT), progettato per simulare da vicino la complessa e in continua evoluzione della rete gravitazionale e forze idrodinamiche che agiscono su grandi quantità di materia.

La risoluzione in queste simulazioni è stabilita dal numero di particelle utilizzate nella modellazione. In genere, per impatti giganteschi la risoluzione standard della simulazione è solitamente compresa tra 100.000 e 1 milione di particelle ma nel nuovo studio, il team è stato in grado di modellare fino a 100 milioni di particelle.
"Con una risoluzione più elevata possiamo studiare più dettagli, proprio come un telescopio più grande consente di acquisire immagini a risoluzione più elevata di pianeti o galassie distanti per scoprire nuovi dettagli", ha affermato Jacob Kegerreis, cosmologo computazionale della Durham University in Inghilterra. "In secondo luogo, forse ancora più importante, l'utilizzo di una risoluzione troppo bassa in una simulazione può darti risposte fuorvianti o anche semplicemente sbagliate", ha aggiunto.
"Potresti immaginare che se costruisci un modellino di auto con blocchi giocattolo per simulare come l'auto potrebbe rompersi in un incidente, se usi solo poche dozzine di blocchi, potrebbe semplicemente dividersi perfettamente a metà. Ma con poche migliaia o milioni, allora potresti iniziare a farlo accartocciare e rompersi in un modo più realistico", ha spiegato.

Nel nuovo scenario la Luna si è formata in poche ore dai pezzi di Terra espulsi e dai pezzi frantumati di Theia. Ciò supporta una teoria della formazione a singolo stadio e offre una risposta pulita ed elegante alle proprietà visibili della Luna, come la sua orbita ampia e inclinata, il suo interno parzialmente fuso e la sua crosta sottile. Tuttavia, i ricercatori dovranno esaminare campioni di roccia e polvere selenica scavati in profondità, un obiettivo delle future missioni Artemis della NASA, prima di poter confermare o smentire la storia. Tali indagini potrebbero anche far luce su come la Terra ha preso forma ed è diventata un pianeta vivo.