Acqua nei sistemi esoplanetari

Una ricerca condotta dall’Università di Warwick ha rilevato la presenza del 30-35% del contenuto di acqua sulla Terra nell’atmosfera di una nana bianca, dimostrando che l’impatto di comete e asteroidi ricchi di acqua potrebbe essere il canale di trasporto di acqua anche nei sistemi extrasolari.

Uno recente studio pubblicato dalla Royal Astronomical Society e condotto dall’Università di Warwick dimostra che la presenza di acqua nei sistemi planetari proviene da asteroidi e comete, proprio come è accaduto sulla Terra. La ricerca ha mostrato prove a sostegno della presenza di grandi quantità di acqua, l’elemento fondamentale per un ambiente adatto alla vita, in sistemi planetari diversi dal nostro.

Roberto Raddi, ricercatore presso il gruppo di Astronomia e Astrofisica dell’Università di Warwick, ha commentato i risultati dichiarando: «La nostra ricerca ha mostrato che lo scenario osservato nel sistema solare, in cui vi sono asteroidi ricchi di acqua, invece di essere unico sembra essere molto frequente. Di conseguenza, molti pianeti potrebbero contenere un volume considerevole di acqua, paragonabile a quello presente sulla Terra.

«Si ritiene che la Terra fosse inizialmente asciutta, e la nostra ricerca ribadisce con forza l’idea che gli oceani terrestri di oggi siano stati creati a seguito di impatti con comete o asteroidi ricchi di acqua».

Nelle osservazioni ottenute presso il William Herschel Telescope nelle Isole Canarie, gli astronomi dell’Università di Warwick hanno riscontrato una grande quantità di idrogeno e ossigeno nell’atmosfera di una nana bianca, nota con il nome SDSS J1242+5226. Le quantità trovate forniscono la prova che degli asteroidi ricchi di acqua presenti nel sistema planetario hanno impattato contro la stella portando con loro l’acqua che contenevano.

I ricercatori hanno dedotto dai dati che l’asteroide doveva avere dimensioni paragonabili a quelle di Cerere (circa 900 km di diametro), l’oggetto più grande nella fascia principale del sistema solare.

«La quantità di acqua trovata in SDSS J1242+5226 è pari al 30-35% degli oceani sulla Terra», ha spiegato il dottor Raddi.

L’impatto di asteroidi o comete ricchi di acqua su un pianeta o su una nana bianca comporta la presenza di una miscela di idrogeno e ossigeno nell’atmosfera. Entrambi gli elementi sono stati osservati in grande quantità nella stella SDSS J1242+5226.

Boris Gänsicke, coautore della ricerca e professore presso l’Università di Warwick ha spiegato: «L’ossigeno è un elemento relativamente pesante, e il suo destino è di affondare negli strati più profondi, quindi qualche tempo dopo l’impatto non sarà più visibile. Al contrario, l’idrogeno è un elemento più leggero, quindi galleggerà sempre sulla superficie della nana bianca, dove potrà essere facilmente rilevato. Ci sono molte nane bianche che contengono grandi quantità di idrogeno nelle loro atmosfere, e questo studio suggerisce che questa è la prova che gli asteroidi ricchi di acqua o comete sono comuni attorno ad altre stelle rispetto al Sole. »

Questa è la traduzione, a cura di MEDIA INAF (Istituto Nazionale Astrofisica), del comunicato stampa dell’University of Warwick, segue l’intervista esclusiva di Napolitan a Roberto Raddi:

– quali sono stati i tuoi studi in Italia?

Liceo classico, laurea in fisica.

– Quanto tempo è durata la ricerca?

La nana bianca SDSS J1242+5226 era già nota nel 2011, in quanto era stata identificata da i miei collaboratori come una stella interessante. Nel 2012 abbiamo ottenuto i dati pubblicati nell’articolo, e la stesura dell’articolo è durata più o meno per tutto il 2014.

– Che sviluppi futuri potrà avere la ricerca?

Nell’articolo pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society descriviamo la nostra scoperta come la metaforica “punta di un iceberg”. Infatti, con la scoperta di SDSS J1242+5226, che ha distrutto un solo asteroide delle dimensioni di Cerere (900 km di diametro, o più di uno) per il quale abbiamo stimato che almeno il 30-35% era composto di ghiaccio d’acqua o rocce idratate, abbiamo fornito un tassello in più per la conferma della possibile esistenza di un maggior numero di asteroidi ricchi d’acqua. Questi asteroidi sarebbero appartenuti ad un numero altrettanto grande di sistemi solari, nei quali sarebbero passati troppo vicini alle nane bianche che ne avrebbero catturato i detriti ricchi di acqua originatisi dalla loro distruzione. Le quantità di detriti (rocce, e ghiaccio) finiti sulle altre nane bianche, sarebbero sia maggiori o minori rispetto a quelle misurate nella nostra nana bianca. Ed almeno per un’altra nana bianca è stata confermata, in maniera univoca, la distruzione di un asteroide egualmente ricco d’acqua (GD 61, con circa il 26% della massa, da parte di alcuni dei miei coautori).

Questi risultati aprono la strada ed in parte confermano teorie secondo le quali, asteroidi ricchi di acqua si formerebbero in regioni dei loro sistemi planetari, lontane dalle stelle e quindi sufficientemente fredde da permettere ad idrogeno ed ossigeno di formare cristalli di ghiaccio. Ciò sembra accadere nel nostro sistema solare, dove la frazione di acqua (ghiaccio) nei corpi celesti sembra crescere con la distanza dal Sole. Alcune teorie riguardanti la formazione di oceani sul nostro pianeta, che sembrerebbero un ingrediente chiave per la nascita della vita, suggeriscono che l’acqua sia stata trasferita sulla terra in seguito a collisioni con asteroidi ricchi di acqua (o forse anche comete), i quali avrebbero raggiunto la Terra quando era già formata. Il fatto che grandi asteroidi non attraversino l’orbita Terrestre di frequente (fortunatamente) sarebbe dovuto alla maggiore stabilità raggiunta dal sistema solare dopo 4.5 miliardi di anni. Invece, asteroidi che orbiteranno intorno al Sole, quando esso diventerà una nana bianca, potrebbero nuovamente migrare verso orbite più interne. Ciò porterebbe al rilascio dei detriti nel Sole, come quelli che abbiamo osservato in SDSS J1242+5226.

Per ottenere una rappresentazione statistica di questi eventi che accadono in sistemi planetari orbitanti nane bianche, c’è bisogno di un maggior numero di osservazioni riguardanti altre nane bianche. Alcuni tasselli del mosaico sono ancora mancanti, come ad esempio quanti asteroidi sono ricchi di ghiaccio? Vi sono alcuni sistemi stellari che contengono asteroidi più ricchi di ghiaccio di altri? Bisogna inoltre verificare l’esatto meccanismo per il quale alcune nane bianche distruggono i loro sistemi planetari ed altre no. Forse perché non tutte hanno sistemi planetari? E molte altre domande ancora.

– Una ricerca del genere l’avresti potuta fare in Italia?

Avrei certamente potuto fare un tipo di ricerca competitiva. Probabilmente non avrei potuto pubblicare questo lavoro, il quale era stato iniziato dai miei colleghi all’University of Warwick, prima di me. Però immagino avrei potuto lavorare a qualcos’altro. Basti pensare che la mia tesi di laurea, in Italia, era su stelle giovani. Durante il dottorato, ho lavorato su un altro tipo di stelle ancora… ed ora studio le stelle più vecchie della Galassia. Bisogna essere pronti a cambiare, quando è necessario.

– Cosa stai facendo oltre questa ricerca

Sembrerà monotono, ma al momento mi occupo principalmente di nane bianche. Sono stelle davvero importanti da conoscere, perché quasi tutte le stelle alla fine della loro vita diventeranno nane bianche, il Sole compreso! Oltre a cercare di scoprirne altre che hanno distrutto asteroidi come ha fatto SDSS J1242+5226, e magari il primo pianeta orbitante una nana bianca, stiamo lavorando ad uno studio riguardante la relazione tra la massa della nana bianca e quella della stella prima che diventi una nana bianca. In pratica, si pensa che una stella come il sole, quando diventerà una nana bianca, perderà più o meno il 40% della sua massa. Ma cosa accade a stelle più pesanti del Sole? Esse disperdono una quantità maggiore di gas e polveri nello spazio, fino al 90% della propria massa. Questi gas e polveri sono davvero importanti, perché formeranno altre stelle… e contengono gli elementi principali che formano anche noi, la Terra, e tutto ciò che ci circonda. E’ perciò molto importante comprendere quanta massa perdono le stelle prima di diventare nane bianche.

Oltre alle nane bianche, ho un interesse generale per la struttura della nostra galassia, il che riguarda la distribuzione delle stelle e delle polveri interstellari. Molte di queste risposte ci verranno date dalla missione Gaia (dell’Agenzia Spaziale Europea, di cui anche l’Italia fa parte), la quale misurerà distanze e velocità di stelle fino ai limiti della nostra Galassia, per circa un miliardo di stelle. La più grande mappa del cielo mai costruita prima d’ora. Nonostante ciò, bisognerà ancora aspettare un po’ di tempo (ci vorranno 4-5 anni prima che i dati siano disponibili) e comunque ci sarà ancora bisogno di capire dove è tutta la polvere che le stelle lasciano in giro.

L’immagine di questo articolo:

Artist’s impression of a rocky and water-rich asteroid being torn apart by the strong gravity of the white dwarf star. Similar objects in the Solar System likely delivered the bulk of water on Earth and represent the building blocks of the terrestrial planets. Credit: Mark A. Garlick, http://space-art.co.uk, University of Warwick.

Approfondimenti:

https://www.ras.org.uk/news-and-press/2628-fresh-evidence-for-how-water-reached-earth-found-in-asteroid-debris