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Gli scienziati ricreano il viaggio di un granello di polvere fuori dal sistema solare

Un’illustrazione artistica del primo sistema solare, in un’epoca in cui i pianeti non si erano ancora formati. Una nuvola vorticosa di gas e polvere circondava il giovane sole. La clip attraverso il cosiddetto disco protoplanetario mostra la sua struttura tridimensionale (Università dell’Arizona)

In tempo La nascita del nostro sistema solare circa 4,5 miliardi di anni fa, il nostro sole non era la palla di fuoco ardente che conosciamo oggi, ma un disco rotante di gas e polvere noto come disco protoplanetario o nebulosa solare che iniziò a formarsi e a formare i pianeti che avrebbero orbitato attorno ad esso.

Per accompagnarci in un viaggio nel tempo senza precedenti in quell’ambiente incontaminato, Un gruppo di ricerca guidato dall’Università dell’Arizona è riuscito a ricostruire dettagli senza precedenti della storia di un granello di polvere che si è formato in quel momento, Nel tentativo di fornire informazioni sui processi fondamentali che stanno alla base della formazione dei sistemi planetari, molti dei quali sono ancora avvolti nel mistero.

per eseguire la ricerca, Gli scienziati hanno sviluppato il loro lavoro in cui hanno combinato la meccanica quantistica e la termodinamica per simulare le condizioni sperimentate dai grani durante la loro formazione. Confrontando le previsioni del modello con un’analisi altamente dettagliata della composizione chimica e della struttura cristallina del campione, insieme a un modello di come la materia viene trasportata nella nebulosa solare, sono emersi indizi sul volo del grano e sulle condizioni ambientali, che si sono formati lungo il percorso.

Questo pezzo del meteorite Allende mostra la tipica crosta di materiale che si è fusa quando è entrata nell'atmosfera terrestre.  I grani studiati in questo studio sono stati prelevati da una trama simile e dalle profondità del campione, dove si verificherà poco o nessun cambiamento durante la caduta della meteora (Università dell'Arizona)
Questo pezzo del meteorite Allende mostra la tipica crosta di materiale che si è fusa quando è entrata nell’atmosfera terrestre. I grani studiati in questo studio sono stati prelevati da una trama simile e dalle profondità del campione, dove si verificherà poco o nessun cambiamento durante la caduta della meteora (Università dell’Arizona)

Il nostro sistema solare è iniziato come un disco rotante di gas e polvere 4.567 milioni di anni fa. Comprendere il panorama termodinamico e l’evoluzione di questo disco rimane una grande sfida nella scienza planetaria, poiché sono state determinate le proprietà dei materiali da cui si sono formati i pianeti all’interno di questa nuvola. Questa comprensione richiede un solido modello quantitativo che includa informazioni dettagliate sulle pressioni e le temperature all’interno del disco e su come variano nel tempo e nello spazio. Importanti limitazioni a questi parametri derivano dall’esame dei materiali all’interno dei meteoriti. Gli esperti responsabili della ricerca hanno spiegato che esiste una registrazione della loro storia di formazione all’interno delle loro strutture micro e atomiche, che è stata controllata dalla serie collettiva di ambienti a cui sono stati esposti.

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I grani in questione analizzati nello studio sono una delle numerose inclusioni note come Inclusioni ricche di calcio e alluminio, o CAI, sono state rilevate in un campione del meteorite Allende, caduto nello stato messicano di Chihuahua nel 1969. I CAI sono di particolare interesse perché si ritiene che siano tra i primi solidi a formarsi nel Sistema Solare più di 4,5 miliardi di anni fa. Simile al modo in cui i timbri in un passaporto raccontano una storia sul viaggio di un viaggiatore e le soste lungo il percorso, le strutture su scala micro e atomica dei campioni stabiliscono una registrazione della loro storia di formazione, che era controllata dagli ambienti collettivi in ​​cui sono erano. è stato esposto.

Per quanto ne sappiamo, il nostro articolo è il primo del suo genere Racconta una storia di origine che fornisce indizi su possibili processi che si sono verificati sulla scala delle distanze astronomiche con ciò che vediamo nel nostro campione sulla scala della distanza atomica”, ha affermato Tom Zega, professore presso il Lunar and Planetary Laboratory dell’Università dell’Arizona e primo autore del documento di ricerca, pubblicato Nella rivista specializzata Giornale di scienze planetarie.

Il taglio del meteorite Allende rivela diverse particelle sferiche, note come condrioli.  Il "Isola" Una forma irregolare a sinistra del centro è una sostanza ricca di calcio-alluminio, o CAI.  Le pillole per questo studio sono state isolate dalla già citata CAI (Università dell'Arizona)
Il taglio del meteorite Allende rivela diverse particelle sferiche, note come condrioli. L'”isola” irregolare a sinistra del centro è un materiale ricco di calcio-alluminio, o CAI. Le pillole per questo studio sono state isolate dalla già citata CAI (Università dell’Arizona)

Ziga e la sua squadra La composizione delle impurità incorporate nel meteorite è stata analizzata utilizzando microscopi elettronici a scansione a risoluzione atomica all’avanguardia, uno presso il Kuiper Materials Imaging and Characterization Facility presso l’Università dell’Arizona, e suo fratello microscopio situato presso lo stabilimento Hitachi di Hitachinaka, in Giappone, grazie al quale Ha scoperto che le inclusioni consistono principalmente nei tipi di minerali noti come spinello e perovskite, che si trovano anche nelle rocce della Terra e sono studiati come materiali candidati per applicazioni come la microelettronica e il fotovoltaico.

Questi tipi simili di solidi si trovano in altri tipi di meteoriti noti come condriti carboniose, che sono di particolare interesse per gli scienziati planetari in quanto sono noti per essere i resti della formazione del Sistema Solare e contengono molecole organiche, comprese quelle che potrebbero aver fornito il materie prime. materiali per la vita. Un’attenta analisi della disposizione spaziale degli atomi ha permesso al team di studiare con grande dettaglio la composizione delle strutture cristalline sottostanti.. Con sorpresa del team, alcuni dei risultati erano in contrasto con le attuali teorie sui processi fisici ritenuti attivi all’interno dei dischi protoplanetari, spingendoli a scavare più a fondo.

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“Non sappiamo quali percorsi chimici abbiano portato all’origine di queste inclusioni. La natura è il nostro bicchiere, e questa esperienza è avvenuta miliardi di anni prima della nostra esistenza, in un ambiente totalmente alieno.Ha detto Ziga, che ha spiegato che il team ha deciso di “reverse-engineering” la formazione di campioni extraterrestri progettando nuovi modelli che simulano i complessi processi chimici, a cui i campioni sarebbero sottoposti all’interno di un disco protoplanetario.

Un'illustrazione della storia dinamica che una particella tipica potrebbe aver attraversato durante la formazione del Sistema Solare.  L'analisi delle strutture su scala micro e atomica della particella e la loro combinazione con nuovi modelli che simulano processi chimici complessi nel disco rivelano che può viaggiare attraverso molte orbite attorno al Sole (riquadro e grafico a destra).  I grani hanno avuto origine non lontano da dove si sarebbe formata la Terra, sono stati trasportati nell'interno più caldo e alla fine spazzati via nelle regioni più fredde (Università dell'Arizona)
Un’illustrazione della storia dinamica che una particella tipica potrebbe aver attraversato durante la formazione del Sistema Solare. L’analisi delle strutture su scala micro e atomica della particella e la loro combinazione con nuovi modelli che simulano processi chimici complessi nel disco rivelano che può viaggiare attraverso molte orbite attorno al Sole (riquadro e grafico a destra). I grani hanno avuto origine non lontano da dove si sarebbe formata la Terra, sono stati trasportati nell’interno più caldo e alla fine spazzati via nelle regioni più fredde (Università dell’Arizona)

Tali modelli richiedono una stretta convergenza di competenze che abbracciano i campi della scienza planetaria, della scienza dei materiali, della scienza mineraria e della microscopia. Cosa che abbiamo deciso di fare”, ha aggiunto Krishna Muralidaran, coautore dello studio e professore associato presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell’Arizona. Sulla base dei dati che gli autori sono stati in grado di estrarre dai loro campioni, hanno concluso che la particella si sono formati in una regione del disco protoplanetario non lontano, circa dove si trova ora la Terra, e poi hanno fatto un viaggio più vicino al sole, dove era gradualmente più caldo, solo per invertire la rotta e lavarsi in luoghi più freschi lontano dai giovani Sole. Alla fine, si unì a un asteroide e poi si divise in pezzi Alcuni di questi furono catturati da Slash dalla gravità terrestre e caddero come meteoriti in Messico.

I campioni per questo studio sono stati prelevati dall’interno di un meteorite e sono considerati primitivi, cioè non sono influenzati dalle influenze ambientali. Si ritiene che questo primo materiale non abbia subito alcun cambiamento significativo da quando si è formato per la prima volta oltre 4,5 miliardi di anni fa, il che è un evento raro.. Resta da vedere se oggetti simili vengono prodotti sull’asteroide Bennu, i cui campioni verranno restituiti sulla Terra dalla missione OSIRIS-REx guidata da Osirizona nel 2023. Fino ad allora, gli scienziati si affidano a campioni che cadono sulla Terra tramite meteoriti. “Questo materiale è la nostra unica testimonianza di ciò che è accaduto 4.567 miliardi di anni fa nella nebulosa solare”, ha affermato il dott. Venkat Manga, coautore del documento di ricerca e assistente professore presso il Dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali in Arizona. “Essere in grado di osservare la microstruttura del nostro campione a varie scale, fino alla lunghezza dei singoli atomi, è come aprire un libro”.

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Gli autori hanno aggiunto che tali studi potrebbero avvicinare gli scienziati planetari a un “grande modello di formazione del pianeta”: Comprensione dettagliata della materia che si muove attorno al disco, dei suoi componenti e di come nascono il sole e i pianeti. Potenti radiotelescopi come l’Atacama Large Millimeter/ Submillimeter Array, o ALMA, in Cile stanno ora permettendo agli astronomi di vedere i sistemi stellari mentre si evolvono, ha detto Ziga.

Forse a un certo punto possiamo guardare i record in evoluzione, e poi possiamo davvero confrontare i nostri dati tra le discipline e iniziare a rispondere ad alcune di queste domande davvero importanti.ha detto Ziga. “Queste particelle di polvere si formano dove pensiamo che si siano formate nel nostro sistema solare? Sono comuni a tutti i sistemi stellari? Dovremmo aspettarci lo schema che vediamo nel nostro sistema solare – pianeti rocciosi vicino alla stella centrale e lontani giganti gassosi – in tutti i sistemi ?”

“È un momento davvero divertente per essere uno scienziato quando questi campi si stanno sviluppando così rapidamente”, ha aggiunto. “Ed è incredibile essere in un’istituzione in cui i ricercatori possono formare una collaborazione interdisciplinare tra i principali dipartimenti di astronomia, scienze planetarie e materiali della stessa università”.

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