POSSIBILE PIANETA EMBRIONE FUSO NEL NUCLEO DI GIOVE


Nature, 14 Agosto

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Il quinto pianeta del sistema solare in ordine di distanza dal Sole, il più grande di tutto il sistema planetario, racchiude un profondo mistero: il suo nucleo non è compatto come si pensava. Risulta essere, piuttosto, un bizzarro mix di rocce solide mescolate a una bolla diffusa di idrogeno. Un team di astronomi provenienti da Giappone, Cina, Svizzera e Stati Uniti ha utilizzato i dati provenienti dalla sonda spaziale “Juno”, lanciata dalla NASA nel 2011, per investigarne la struttura e la composizione. I dati forniti dalla missione, che ha raggiunto Giove nel 2016, hanno consentito un’accurata definizione del suo campo gravitazionale, utile per ottenere informazioni sulla composizione e sulla struttura interna del pianeta. Diversi modelli della struttura di Giove, che si adattano ai dati della sonda, suggeriscono che "il pianeta abbia un nucleo diluito, con una massa totale di elementi pesanti che varia da dieci a poche decine di masse terrestri (circa il 5-15% della massa gioviana), e che gli elementi pesanti (elementi diversi dall'idrogeno e dall'elio) siano distribuiti all'interno di una regione che si estende per quasi la metà del suo raggio". I modelli di formazione del pianeta indicano che la maggior parte degli elementi pesanti è stata accumulata durante le prime fasi per creare un nucleo relativamente compatto e che quasi nessun solido sia stato accumulato durante il successivo accrescimento di gas in fuga!

Il nucleo diluito di Giove, combinato con il possibile arricchimento di elementi pesanti elevati, sfida, dunque, la teoria standard della formazione dei pianeti. "Questo è sconcertante - ha sottolineato Andrea Isella, ricercatore presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia alla Rice University di Houston (Texas, USA) e co-autore dello studio - è come se qualcosa avesse risvegliato il nocciolo”. Secondo Isella, le principali teorie sulla formazione del pianeta suggeriscono che Giove iniziò come un pianeta denso, roccioso o ghiacciato che in seguito raccolse la sua atmosfera dal disco primordiale di gas e polvere da cui nacque il nostro Sole. Increduli dei dati registrati, Isella e i suoi colleghi hanno inizialmente ipotizzato l'erosione del nucleo originario causata da venti ad alta velocità o dalla possibilità che il nucleo in principio contenesse gas, "ma l'efficienza di una simile erosione è incerta e dipende sia dall'immiscibilità dei materiali pesanti nell'idrogeno metallico sia dalla miscelazione convettiva man mano che il pianeta si evolse", spiega lo studio. Un altro meccanismo plausibile potrebbe essere l’ipotesi "dell'arricchimento e della vaporizzazione planetesimale durante il processo di formazione, sebbene i modelli rilevanti in genere non possano produrre un nucleo diluito esteso", aggiunge.

Il rendering mostra l'effetto di un impatto sul nucleo di un giovane Giove, come suggerito dagli scienziati delle università Rice e Sun Yat-sen. Fonte: Shang-Fei Liu/Sun Yat-sen University

L'unica soluzione che corrisponde ai dati osservati è l’ipotesi di un impatto gigante, avvenuto circa 4,5 miliardi di anni, tra un grande embrione planetario e il proto-Giove, che avrebbe "frantumato il suo nucleo compatto primordiale, mescolando gli elementi pesanti con l'involucro interno. Una collisione frontale cataclismica tra un giovane Giove e uno dei tanti grandi proto pianeti che probabilmente popolavano il primo sistema solare". Un simile evento avrebbe visto Giove assorbire il proto pianeta, presumibilmente grande dieci volte la massa terrestre, "facendo sì che i loro due nuclei densi si combinassero e si diffondessero in pochissimo tempo, in circa dieci ore". In seguito, il raffreddamento e i venti avrebbero spazzato verso l'alto parte del nucleo polverizzato, il che spiegherebbe l'incredibile arricchimento di Giove in elementi come carbonio e azoto vicino alla sua superficie.

Un composito a colori infrarossi di Giove realizzato grazie alle immagini scattate dalla nave spaziale "New Horizons" della NASA nel 2007. Fonte: NASA/Johns Hopkins University/Southwest Research Institute/Goddard Space Flight Center

Il team di ricerca ha eseguito migliaia di simulazioni al computer e ha scoperto che un Giove in rapida crescita "può aver turbato le orbite dei vicini embrioni planetari", i proto pianeti che si trovavano nelle prime fasi della sua formazione. Shang-Fei Liu, ricercatore presso facoltà di Sun Yat-sen a Zhuhai, in Cina, ha spiegato che "i calcoli includono stime della probabilità di collisioni in diversi scenari e distribuzione degli angoli di impatto". In tutti le simulazioni Liu e colleghi hanno scoperto che "esiste almeno il 40% di probabilità che Giove abbia ingoiato un embrione planetario entro i suoi primi milioni di anni". Inoltre, Giove avrebbe prodotto "una forte messa a fuoco gravitazionale”, rendendo le collisioni frontali comuni nel sistema solare. Isella ha affermato che lo scenario di collisione è diventato ancora più avvincente dopo che Liu ha lanciato modelli di computer 3D, che simulavano l’influenza di una collisione sul nucleo di Giove. "I modelli di tale scenario portano a una struttura interna coerente con un nucleo diluito, che persiste da miliardi di anni", suggeriscono gli scienziati, convinti che un simile evento possa essersi verificato anche per Saturno, contribuendo alle differenze strutturali tra i due pianeti. Se hanno ragione, il nostro sistema solare era un luogo violento, in cui colossali proto pianeti potevano schiantarsi l'uno contro l'altro e persino fondersi.