Dodici granelli di polvere cosmica, larghi appena 10-30 micrometri, conservano tracce di un’antica acqua ricca di isotopi pesanti dell’ossigeno. La loro composizione suggerisce che si siano formati nella fascia di Kuiper, oltre Nettuno, e che l’acqua presente in quella regione appartenesse a un serbatoio distinto da quello del Sistema solare interno, rimasto in gran parte isolato per miliardi di anni.
La ricerca, guidata dalla scienziata planetaria Lindsay Keller del Johnson Space Center della NASA, è stata pubblicata sulla rivista Science Advances. I granelli sono stati recuperati da materiali raccolti nella stratosfera da aerei della NASA che volavano ad alta quota. Stabilire da dove provengano particelle così piccole è difficile: gli scienziati hanno quindi esaminato i segni lasciati dal loro viaggio nello spazio.
La fascia di Kuiper si estende oltre l’orbita di Nettuno, a circa 30 unità astronomiche dal Sole: una unità astronomica corrisponde alla distanza media tra la Terra e il Sole. È una regione fredda e remota, popolata da milioni di corpi ghiacciati, considerati tra i resti meno alterati del Sistema solare primordiale, formatosi circa 4,5 miliardi di anni fa. Raggiungerla con una sonda è difficile e riportare campioni sulla Terra sarebbe, almeno per ora, un’impresa estremamente costosa. La regione è stata esplorata anche dalla missione New Horizons, che ha scoperto un oggetto luminoso nella fascia di Kuiper.
Una parte della polvere spaziale, però, arriva spontaneamente fino a noi. Si stima che ogni anno sulla Terra ne ricadano circa 5.200 tonnellate. Nel caso dei dodici granelli analizzati, un indizio sulla loro provenienza è venuto dalle tracce prodotte dalle particelle energetiche del Sole. Quando queste attraversano un granello, possono spostare atomi nel reticolo cristallino, la struttura ordinata del minerale. Il numero di tracce accumulate aiuta a stimare per quanto tempo la particella è rimasta esposta alle radiazioni nello spazio interplanetario. La quantità di materiale che raggiunge il nostro pianeta è stata stimata in oltre 5.000 tonnellate di polvere spaziale all’anno.
Questa stima è utile anche perché la polvere in orbita attorno al Sole subisce l’effetto Poynting-Robertson: una debole forza frenante esercitata dalla luce solare, che fa perdere energia ai granelli e li spinge lentamente a spirale verso il Sole. Le particelle esaminate da Keller e colleghi presentavano una densità di tracce circa 100 volte superiore a quella attesa per la polvere proveniente dalla fascia degli asteroidi o dalle comete della famiglia di Giove. Il dato è compatibile con un’origine molto più lontana, fino alla fascia di Kuiper.
Anche la composizione dei granelli sostiene questa interpretazione. Erano particolarmente ricchi di carbonio: ne contenevano circa quattro volte più di alcune meteoriti carbonacee. Inoltre, molti includevano argille come la saponite e la serpentina, insieme ad altri minerali idrati, cioè minerali formatisi quando l’acqua reagisce con la roccia e ne modifica la composizione. Questi materiali indicano che, in passato, nei corpi progenitori dei granelli era presente acqua liquida.
Oggi la fascia di Kuiper è congelata, ma in passato il decadimento radioattivo o il calore prodotto dagli impatti potrebbero aver riscaldato l’interno di alcuni oggetti ghiacciati abbastanza da sciogliere l’acqua e farla reagire con i minerali circostanti. L’acqua è scomparsa da tempo, ma i minerali ne hanno conservato parte dell’ossigeno.
Gli atomi di ossigeno possono avere masse diverse, a seconda del numero di neutroni nel nucleo: queste varianti si chiamano isotopi. L’ossigeno-16, con otto protoni e otto neutroni, è il più comune; esistono anche l’ossigeno-17, con un neutrone in più, e l’ossigeno-18, con due neutroni in più. Le proporzioni tra isotopi possono cambiare in base alle condizioni in cui si forma un materiale e funzionano quindi come una sorta di impronta chimica.
Nei granelli, i ricercatori hanno trovato una quantità insolitamente elevata degli isotopi più pesanti. Ricostruendo le reazioni che avevano prodotto i minerali idrati, hanno stimato la composizione isotopica dell’acqua originaria: doveva essere particolarmente ricca di ossigeno-17 e ossigeno-18. La sua firma era nettamente diversa da quella dell’acqua dedotta dalle meteoriti carbonacee, formatesi in altre regioni del Sistema solare primordiale. Il risultato suggerisce che l’acqua della fascia di Kuiper appartenesse a un serbatoio distinto, poco influenzato dal mescolamento e dai cambiamenti chimici avvenuti più vicino al Sole.
Un possibile motivo di questo isolamento è la presenza dei pianeti giganti. Secondo i modelli del Sistema solare primordiale, Saturno potrebbe aver creato un accumulo di pressione nel disco di gas e polvere attorno al giovane Sole, rallentando o persino bloccando il movimento del materiale verso l’interno. Insieme ai giganti ghiacciati, Saturno potrebbe così aver contribuito a mantenere separato il serbatoio d’acqua esterno. Si tratta di un’interpretazione basata sui modelli, non di una prova diretta del ruolo del pianeta.
Gli scienziati sospettavano da tempo l’esistenza di un serbatoio primordiale ricco di ossigeno pesante, ma individuarne le tracce è difficile: molte meteoriti disponibili per gli studi provengono da regioni in cui il mescolamento e le reazioni chimiche hanno cancellato le firme originarie. I dodici granelli offrono un indizio raro, anche se il loro numero è limitato.
In un articolo del 2022, Keller e il coautore George Flynn, della State University of New York, avevano stimato che fino a un quarto della polvere interplanetaria che entra nel Sistema solare interno potrebbe provenire dalla fascia di Kuiper. La polvere cosmica che raggiunge la Terra potrebbe dunque contenere altri frammenti della storia più antica del Sistema solare, capaci di conservare tracce rimaste intatte per miliardi di anni.
Fonte: sciencealert.com
