I materiali, di cui i pianeti sono composti, si formano all’interno delle stelle della galassia con tempi differenti.
La metallicità è una componente fondamentale dell’Universo. Il Big Bang ha creato principalmente idrogeno, l’elemento più semplice e leggero, e una piccola quantità di elio, il secondo elemento più leggero. Questi elementi si uniscono in grandi quantità per formare le stelle. Per la formazione dei pianeti rocciosi, le stelle hanno dovuto prima formarsi. Le stelle forgiano gli elementi più pesanti – chiamati metalli in astronomia – attraverso la nucleosintesi, per poi diffonderli nello spazio interstellare. Di conseguenza, alla fine possono formarsi pianeti rocciosi come la Terra. L’elemento chiave qui è il tempo. Con il susseguirsi di generazioni di stelle, la metallicità nella loro galassia d’origine aumenta lentamente. Con l’aumentare della metallicità, possono formarsi diversi tipi di pianeti. Persino diversi tipi di pianeti rocciosi. Questa è l’idea chiave alla base di una nuova ricerca che ha prodotto un nuovo modello che cerca di catturare la complessità della cosmochimica nel tempo e il modo in cui influenza la formazione dei pianeti.
All’origine dei pianeti
“I materiali che contribuiscono alla formazione dei pianeti si formano all’interno di stelle con tempi di vita diversi“, ha affermato Jason Steffen, autore principale della ricerca e professore associato presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università del Nevada a Las Vegas. “Queste scoperte aiutano a spiegare perché i pianeti rocciosi più vecchi sono meno densi di pianeti più giovani come la Terra, e suggeriscono anche che gli ingredienti necessari per la vita non siano arrivati tutti in una volta“.
Amiamo tutti la nostra splendida Terra, dove la vita prospera in ogni angolo immaginabile e un cielo azzurro ci conforta con la sua luce rilassante. Può sembrare che sia stata progettata per noi. Ma la realtà è che la Terra, come ogni altro pianeta, si è formata fondamentalmente dai detriti di stelle morenti. Ma le stelle muoiono in tempi diversi a seconda della loro massa, e questo influenza il tipo di detriti, o mattoni planetari, disponibili. Questo a sua volta determina la natura dei pianeti che si formano.
Maggiore è la massa di una stella, più pesanti sono i metalli che produce e prima li produce. Le stelle di massa inferiore producono metalli più leggeri, ma questi compaiono più tardi, poiché le stelle di massa inferiore hanno una vita più lunga. Quindi, quando le stelle di massa pesante muoiono dopo solo pochi milioni di anni, arricchiscono l’ambiente circostante con elementi come ossigeno, silicio e magnesio. Questi elementi costituiscono la maggior parte degli strati esterni di un pianeta roccioso. Circa tre quarti della crosta terrestre è composta da ossigeno e silicio, ad esempio. Il mantello è composto in gran parte da ossigeno, silicio, magnesio e ferro.
Composizione e materiali
I ricercatori hanno scoperto che le abbondanze iniziali di elementi formatisi dall’evoluzione e dalla morte di stelle di grande massa (come ossigeno, silicio e magnesio) danno origine a pianeti con mantelli più grandi e nuclei più piccoli. La successiva aggiunta di elementi prodotti in stelle di piccola massa (come ferro e nichel) fa sì che i nuclei dei pianeti diventino relativamente più grandi.
Ciò si traduce in pianeti meno densi in orbita attorno a stelle più vecchie rispetto a stelle più giovani. Questo è ciò che gli scienziati hanno scoperto nella popolazione di esopianeti conosciuta, coerente con le recenti osservazioni delle proprietà dei pianeti in stelle di età diverse. Il rapporto Fe/Mg è importante perché può tracciare il rapporto di massa previsto tra la crosta e il mantello di un pianeta roccioso. Anche il rapporto Mg/Si è importante. Predice il tipo di roccia vulcanica presente sul pianeta. Se la roccia è povera di Si, è probabile che abbia una crosta spessa che inibisce i vulcani effusivi e la tettonica a placche, entrambi ritenuti importanti per l’abitabilità.
L’abitabilità della Terra dipende da numerosi fattori, tra cui il suo nucleo ferroso. È lì che ha origine lo scudo magnetico protettivo del nostro pianeta, e la ricerca mostra che il contenuto di ferro era inferiore all’inizio della storia della Via Lattea. Ciò implica che l’abitabilità potrebbe essere più probabile in un secondo momento, nel corso della vita di una galassia. I pianeti che si formano attorno a stelle di prima generazione nella Via Lattea avranno un contenuto di ferro inferiore, il che implica che i pianeti attorno a quelle stelle avranno nuclei più piccoli.
Tempi differenti
La conclusione è che gli ingredienti necessari per un pianeta roccioso abitabile sono disponibili in momenti diversi. È improbabile che una galassia molto giovane formi molti pianeti abitabili. Ma la progressione non è necessariamente uniforme e lineare. I pianeti più densi si formano con l’evoluzione di una galassia e, allo stesso tempo, il loro raggio diminuisce. Inoltre, poiché i rapporti Fe/Mg e C/O diminuiscono rapidamente tra 2 e 6 miliardi di anni, si verifica una diminuzione del rapporto Mg/Si. La quantità di ferro disponibile raddoppia tra 1 e 5 miliardi di anni, per poi rimanere costante. Infine, l’arricchimento da parte di diverse fonti stellari può modificare la frazione di massa del nucleo.
“Una delle implicazioni di queste scoperte è che le condizioni per la vita non si verificano immediatamente“, afferma Steffen. “Molti degli elementi necessari per un pianeta abitabile e per gli organismi viventi si sono resi disponibili in momenti diversi della storia galattica“. Gli autori spiegano che il loro modello potrà essere ampliato man mano che la nostra comprensione degli esopianeti rocciosi progredisce. Missioni come il James Webb Space Telescope, PLATO e altre forniranno una comprensione più accurata delle proprietà degli esopianeti rocciosi.
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Per saperne di più
- Leggi l’articolo originale su Universe Today
- Leggi il comunicato stampa della University of Nevada
- Leggi il paper scientifico intitolato “Effect of Galactic Chemical Evolution on Exoplanet Properties” pubblicato su The Astrophysical Journal Letters
