Un astronomo del NOIRLab della NSF ha collaborato con un geologo della California State University, Fresno, per realizzare le prime stime dei tipi di roccia esistenti sui pianeti in orbita attorno a stelle vicine. Dopo aver studiato la composizione chimica delle nane bianche “inquinate”, hanno concluso che la maggior parte dei pianeti rocciosi in orbita attorno a stelle vicine sono più diversi ed esotici di quanto si pensasse in precedenza, con tipi di rocce che non si trovano da nessuna parte nel nostro Sistema Solare.
Gli astronomi hanno scoperto migliaia di pianeti in orbita attorno alle stelle nella nostra galassia, noti come esopianeti. Tuttavia, è difficile sapere di cosa sono fatti esattamente questi pianeti o se assomiglino alla Terra. Per cercare di scoprirlo, l’astronomo Siyi Xu del NOIRLab della NSF ha collaborato con il geologo Keith Putirka della California State University, Fresno, per studiare le atmosfere di quelle che sono conosciute come nane bianche inquinate. Questi sono i nuclei densi e collassati di stelle un tempo normali, come il Sole, che contengono materiale estraneo proveniente da pianeti, asteroidi o altri corpi rocciosi che un tempo orbitavano attorno alla stella ma che alla fine sono precipitati nella nana bianca e ne hanno “contaminato” l’atmosfera. Cercando elementi che non esisterebbero naturalmente nell’atmosfera di una nana bianca (qualcosa di diverso da idrogeno ed elio), gli scienziati possono capire di cosa erano fatti gli oggetti planetari rocciosi precipitati nella stella.
Putirka e Xu hanno osservato 23 nane bianche inquinate, tutte entro circa 650 anni luce dal Sole, dove calcio, silicio, magnesio e ferro erano stati misurati con precisione utilizzando l’Osservatorio WM Keck alle Hawaii, il telescopio spaziale Hubble e altri osservatori. Gli scienziati hanno quindi utilizzato le abbondanze misurate di quegli elementi per ricostruire i minerali e le rocce che si sarebbero formati da essi. Hanno scoperto che queste nane bianche hanno una gamma di composizioni molto più ampia rispetto a qualsiasi altro pianeta interno del nostro Sistema Solare, suggerendo che i loro pianeti avevano una più ampia varietà di tipi di roccia. In effetti, alcune delle composizioni sono così insolite che Putirka e Xu hanno dovuto creare nuovi nomi per classificare i nuovi tipi di roccia che devono essere esistiti su quei pianeti.
“Mentre alcuni esopianeti che un tempo orbitavano intorno a nane bianche inquinate sembrano simili alla Terra, la maggior parte ha tipi di roccia esotici per il nostro Sistema Solare“, ha detto Xu. “Non hanno controparti dirette nel Sistema Solare”.
Putirka descrive cosa potrebbero significare questi nuovi tipi di roccia per i mondi rocciosi a cui appartengono. “Alcuni dei tipi di roccia che vediamo dai dati della nana bianca dissolverebbero più acqua delle rocce sulla Terra e potrebbero avere un impatto sul modo in cui si sviluppano gli oceani”, ha spiegato. “Alcuni tipi di roccia potrebbero fondersi a temperature molto più basse e produrre una crosta più spessa rispetto alle rocce terrestri, e alcuni tipi di roccia potrebbero essere più deboli, il che potrebbe facilitare lo sviluppo della tettonica a placche”.
Studi precedenti sulle nane bianche inquinate avevano trovato elementi da corpi rocciosi, tra cui calcio, alluminio e litio. Tuttavia, Putirka e Xu spiegano che questi sono elementi minori (che in genere costituiscono una piccola parte di una roccia terrestre) e misurazioni degli elementi principali (che costituiscono gran parte di una roccia terrestre), in particolare il silicio, sono necessarie per conoscere veramente che tipo di tipi di roccia sarebbero esistiti su quei pianeti.
Inoltre, Putirka e Xu affermano che gli alti livelli di magnesio e i bassi livelli di silicio misurati nelle atmosfere delle nane bianche suggeriscono che i detriti rocciosi rilevati provenissero probabilmente dall’interno dei pianeti, dal mantello, non dalla loro crosta. Alcuni studi precedenti sulle nane bianche inquinate hanno riportato segni dell’esistenza di crosta continentale sui pianeti rocciosi che un tempo orbitavano attorno a quelle stelle, ma Putirka e Xu non hanno trovato prove di rocce crostali. Tuttavia, le osservazioni non escludono completamente che i pianeti avessero crosta continentale o altri tipi di crosta. “Crediamo che se esiste roccia crostale, non siamo in grado di vederla, probabilmente perché si trova in una frazione troppo piccola rispetto alla massa di altri componenti planetari, come il nucleo e il mantello, per essere misurata”, ha affermato Putirka.
Inoltre, Putirka e Xu affermano che gli alti livelli di magnesio e i bassi livelli di silicio misurati nelle atmosfere delle nane bianche suggeriscono che i detriti rocciosi rilevati provenissero probabilmente dall’interno dei pianeti, dal mantello, non dalla loro crosta. Alcuni studi precedenti sulle nane bianche inquinate hanno riportato segni dell’esistenza di crosta continentale sui pianeti rocciosi che un tempo orbitavano attorno a quelle stelle, ma Putirka e Xu non hanno trovato prove di rocce crostali. Tuttavia, le osservazioni non escludono completamente che i pianeti avessero crosta continentale o altri tipi di crosta. “Crediamo che se esiste roccia crostale, non siamo in grado di vederla, probabilmente perché si trova in una frazione troppo piccola rispetto alla massa di altri componenti planetari, come il nucleo e il mantello, per essere misurata”, ha affermato Putirka.
Secondo Xu, l’abbinamento di un astronomo e un geologo è stata la chiave per svelare i segreti nascosti nelle atmosfere delle nane bianche inquinate. “Ho incontrato Keith Putirka a una conferenza ed ero entusiasta che potesse aiutarmi a capire i sistemi che stavo osservando. Mi ha insegnato la geologia e io gli ho insegnato l’astronomia, e abbiamo capito come dare un senso a questi misteriosi sistemi esoplanetari”.
I risultati dei due esperti sono pubblicati su Nature Communications.
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