Circa 4,6 miliardi di anni fa, il giovane Sole era circondato da un enorme disco di gas e polvere. Nel corso del tempo, minuscoli granelli di polvere si sono scontrati e aggregati, formando infine corpi rocciosi più grandi chiamati planetesimi, i mattoni costitutivi di pianeti e asteroidi. Ma gli scienziati ritengono che questo processo sia stato tutt’altro che semplice. Diverse regioni del Sistema Solare primordiale si sono probabilmente evolute in condizioni molto diverse, e molteplici fasi di formazione planetaria potrebbero essersi verificate contemporaneamente.
Ora, i ricercatori del Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) in Germania affermano di aver identificato una delle regioni di formazione planetaria più importanti del Sistema Solare. Secondo un nuovo studio pubblicato su The Astrophysical Journal , un’area ad anello appena oltre l’orbita di Giove ha agito come un “terreno fertile” efficiente e straordinariamente versatile per i planetesimi.
Utilizzando simulazioni al computer, il team ha scoperto che questa regione ha prodotto planetesimi con composizioni molto diverse in un arco di tempo di circa due milioni di anni.
“A quanto pare, diversi tipi di planetesimi si sono formati nella stessa regione del disco primordiale di polvere e gas, ma in momenti diversi. La regione appena fuori dall’orbita di Giove ha offerto condizioni eccellenti per questo processo”, ha affermato Joanna Drążkowska, responsabile del gruppo Lise Meitner sulla formazione planetaria.
Come Giove ha creato una trappola cosmica per la polvere
Lo studio si è concentrato su un periodo compreso tra circa due e quattro milioni di anni dopo la formazione del Sistema Solare. A quel tempo, Giove aveva già raccolto la maggior parte del materiale circostante attorno alla sua orbita, creando un vuoto nel disco di gas e polveri che lo circonda.
Gli scienziati ritengono che questo processo abbia anche creato un anello di pressione gassosa più elevata appena oltre Giove. Tale pressione ha intrappolato grandi quantità di polvere, permettendo la formazione di piccoli agglomerati noti come ciottoli. Studi precedenti avevano già suggerito che queste “trappole di polvere” potrebbero aver contribuito alla rapida formazione dei planetesimi durante le prime fasi del Sistema Solare.
Ciò che rimaneva poco chiaro era se queste trappole di polvere potessero continuare a produrre corpi di tipo molto diverso per lunghi periodi di tempo. Le nuove simulazioni suggeriscono che ciò sia possibile.
I ricercatori hanno dimostrato che diverse popolazioni di planetesimi si sono probabilmente formate in questa stessa regione nel corso di milioni di anni. Le loro scoperte collegano inoltre questi oggetti simulati a gruppi noti di meteoriti trovati sulla Terra.
“Per la prima volta, siamo riusciti a riprodurre con precisione i risultati degli studi di laboratorio sui meteoriti utilizzando simulazioni al computer del Sistema Solare primordiale. I meteoriti fungono, per così dire, da punto di riferimento per le teorie sulla formazione planetaria”, ha affermato Thorsten Kleine, direttore del MPS e cosmochimico.
I meteoriti conservano indizi sul passato del sistema solare
I meteoriti sono frammenti di roccia spaziale che sopravvivono al loro viaggio attraverso l’atmosfera terrestre e atterrano sulla superficie del pianeta. Si ritiene che molti siano frammenti di antichi planetesimi che sono cambiati molto poco sin dai primissimi giorni del Sistema Solare.
I ricercatori si sono concentrati in particolare sulle condriti carbonacee, un tipo di meteorite ricco di carbonio. Studi di laboratorio suggeriscono che queste meteoriti si siano formate oltre Giove nello stesso periodo di tempo esplorato nelle simulazioni.
Gli scienziati dividono le condriti carbonacee in sei gruppi in base alla loro età e composizione. Alcune sono fragili e composte principalmente da materiale a grana fine, mentre altre sono più resistenti e contengono inclusioni visibili incorporate nel materiale più fine.
Nelle nuove simulazioni, queste due componenti corrispondevano a due tipi di materia che si riteneva esistessero nel Sistema Solare primordiale. Una era costituita da materiale fragile e polveroso, mentre l’altra era composta da agglomerati più resistenti che si formarono molto presto nelle regioni più calde prima di diffondersi in tutto il disco.
“Per le nostre simulazioni, era fondamentale modellare il comportamento e l’interazione di entrambi i materiali sia su piccola che su grande scala”, ha affermato Nerea Gurrutxaga, dottoranda presso l’MPS e prima autrice dell’articolo.
Le simulazioni rivelano molteplici generazioni di rocce spaziali
I modelli del team hanno monitorato sia le collisioni microscopiche delle particelle sia i movimenti su larga scala all’interno dell’enorme disco di gas. Le particelle potevano frammentarsi, aggregarsi, spostarsi verso il Sole o rimanere intrappolate in determinate regioni.
Le simulazioni hanno mostrato che Giove agiva come una barriera più forte per le particelle più grandi e resistenti rispetto ai granelli di polvere più piccoli. Allo stesso tempo, la formazione di nuovi planetesimi consumava costantemente parte del materiale disponibile.
Nel corso di milioni di anni, questi effetti combinati hanno fatto sì che i due tipi di materiale si accumulassero in proporzioni diverse oltre l’orbita di Giove. Questo equilibrio mutevole ha infine portato alla formazione di generazioni di planetesimi chiaramente distinte.
Durante i primi 500.000 anni, la quantità di materiale friabile diminuì per poi aumentare nuovamente nel corso del milione di anni successivo. In seguito, comparvero due popolazioni distinte di planetesimi: una composta principalmente da materiale fragile e un’altra dominata da materia più stabile.
In base ai loro risultati, i ricercatori sospettano che, oltre alle condriti carbonacee, altri tipi di meteoriti possano essersi formati nella stessa trappola di polvere durante fasi ancora più antiche della storia del Sistema Solare.
“Esistono solide prove che le trappole di polvere fossero il luogo di nascita preferito dei planetesimi nel nostro Sistema Solare”
Abstract
Le condriti carbonacee sono campioni di planetesimi formatisi 2-4 milioni di anni dopo l’inizio della formazione del sistema solare. Sono costituite da diverse componenti di polvere formatesi in momenti e posizioni differenti nel disco di accrescimento, e la cui abbondanza nelle condriti carbonacee varia nel tempo di formazione dei planetesimi. Il meccanismo che ha portato a questa variabilità temporale nell’accrescimento non è ancora del tutto compreso, ma è fondamentale per la comprensione delle fasi finali della formazione dei planetesimi. Utilizzando una simulazione Monte Carlo bidimensionale dell’evoluzione della polvere, dimostriamo che le differenze nei tassi di filtraggio e di trasporto delle diverse componenti di polvere verso un picco di pressione indotto da un pianeta nel disco riproducono le composizioni e le età di formazione osservate delle condriti carbonacee. Ciò implica che le condriti carbonacee si siano probabilmente formate in un’unica trappola di polvere di lunga durata, molto probabilmente al di fuori dell’orbita di Giove. Poiché le meteoriti differenziate, che rappresentano una generazione precedente di planetesimi, mostrano una variabilità isotopica simile a quella delle condriti, è probabile che si siano formate anch’esse in trappole di polvere, il che implica che queste strutture fossero il sito dominante per la formazione di planetesimi nel sistema solare.
Materials provided by Max Planck Institute for Solar System Research. Note: Content may be edited for style and length.
Nerea Gurrutxaga, Joanna Drążkowska, Vignesh Vaikundaraman, Thorsten Kleine. Carbonaceous Chondrites Provide Evidence for Late-stage Planetesimal Formation in a Pressure Bump. The Astrophysical Journal, 2026; 1003 (2): 132 DOI: 10.3847/1538-4357/ae6104
by 