La Luna potrebbe essersi formata in poche ore in seguito al gigantesco impatto tra la Terra e un protopianeta delle dimensioni di Marte, avvenuto nelle prime fasi della storia del Sistema Solare. La teoria deriva da nuove simulazioni che tengono conto di come la temperatura interna dei giovani protopianeti abbia influenzato le loro proprietà geologiche e quindi le collisioni che hanno subito. Questo scenario di impatto gigante è diventato la teoria principale sulla formazione della Luna, grazie in particolare al lavoro svolto dalla planetologa Robin Canup. Dal 2001, ha condotto e perfezionato numerose simulazioni al computer che descrivono come un corpo celeste delle dimensioni di Marte, chiamato Theia, si sia scontrato con un’angolazione tale da proiettare detriti in orbita attorno alla proto-Terra.
Ora altri ricercatori si stanno dedicando a questa teoria. Adeene Denton del Southwest Research Institute ha guidato un team che ha eseguito alcune delle simulazioni più dettagliate della collisione finora realizzate, tenendo conto di un maggior numero di proprietà geologiche dei corpi in collisione. “I modelli si sono evoluti per includere la resistenza dei materiali, un aspetto davvero importante quando si studiano le collisioni tra corpi più piccoli come gli asteroidi o, come nel mio precedente articolo, sulla formazione del sistema Plutone-Caronte“, ha dichiarato Denton in un comunicato. “Non eravamo sicuri che avrebbe avuto importanza per la Luna. Quando abbiamo eseguito le simulazioni, abbiamo scoperto che in realtà è piuttosto rilevante“.
Il nuovo studio
Si è scoperto che i corpi più caldi sono più deboli di quelli più freddi. Dopo la loro formazione, i pianeti erano ancora caldi al loro interno a causa del processo stesso, il che avrebbe influenzato la loro resistenza. Dato che l’impatto che ha formato la Luna è avvenuto non molto tempo dopo la formazione del Sistema Solare, questo avrebbe influenzato la collisione con Theia, ma in che misura dipende da quando esattamente è avvenuta la collisione e da quanto Theia si era raffreddata.
Quando Theia si schiantò sulla Terra, venne completamente distrutta. Mentre gran parte di ciò che restava del nucleo ferroso frantumato di Theia sprofondò nel pianeta, un grande anello di detriti avvolse la Terra formando la Luna. L’effetto principale delle temperature più elevate nelle centinaia di chilometri più esterne di Theia fu quello di influenzare la sua capacità di deformarsi all’impatto e di assorbire la quantità di moto della collisione. Questo, a sua volta, avrebbe influenzato il modo in cui i detriti si sono sparsi intorno alla Terra per formare la Luna. Pertanto, includendo temperature e resistenze dei materiali variabili nelle simulazioni, il team di Denton è stato in grado di ottenere una visione più precisa di come si sono svolte la collisione e la conseguente formazione della nostra Luna.
Simulazioni precedenti hanno mostrato due possibili scenari. Il primo prevede che l’anello di detriti sia rimasto in circolo per un periodo di tempo considerevole, permettendo alla Luna di accrescersi gradualmente da esso. L’altro scenario, descritto per la prima volta nelle simulazioni condotte dalla NASA nel 2022, implica che la Luna si sia formata da questi detriti in poche ore. Ora, i modelli di Denton potrebbero avvalorare questa sorprendente possibilità.
La Luna formata in poche ore
Se Theia fosse stata più fredda, il che significa che l’impatto si è verificato un po’ più tardi nella storia del Sistema Solare, forse da 100 a 150 milioni di anni dopo la nascita dei pianeti, allora l’anello di detriti si sarebbe formato in modo tale da permettere alla Luna di accrescersi gradualmente. E poiché era più forte, una porzione maggiore di Theia sarebbe sopravvissuta intatta per fondersi con la Terra. D’altra parte, una Theia più calda che avesse impattato la Terra meno di 60 milioni di anni dopo la formazione dei pianeti, creerebbe uno scenario in cui la Luna potrebbe formarsi molto rapidamente mentre Theia stessa verrebbe annientata.
“A seconda di quanto siano calde la Terra e Theia prima della collisione, l’impatto può distruggere Theia e produrre questo enorme disco di detriti che alla fine forma la Luna”, ha affermato Denton. “Ma quando ho usato gli stessi parametri del modello di impatto originale – fino alle strutture a temperatura uguale all’interno di entrambi i corpi – in circa cinque ore, è emersa una Luna intatta”.
La composizione della Luna
“Questi nuovi risultati sorprendenti ed entusiasmanti suggeriscono una potenziale connessione tra le proprietà fisiche della Luna odierna, incluso forse il suo contenuto di sostanze volatili, e lo stato termico della Terra e di Theia al momento del gigantesco impatto“, ha affermato Robin Canup del Southwest Research Institute, che non ha partecipato a questo studio. “Questo a sua volta potrebbe aiutare gli scienziati a definire meglio quando si è verificato l’evento che ha dato origine alla Luna”.
In entrambi gli scenari, la Luna sembra essere composta principalmente dal materiale del mantello di Theia, con solo una piccola quantità di materiale del mantello terrestre. Quest’ultima scoperta è sorprendente, date le somiglianze tra la composizione della Luna e quella del mantello terrestre. Tuttavia, la ricerca ha dimostrato che la questione è più complessa, poiché, nonostante le somiglianze, si riscontrano anche alcune enigmatiche differenze nei livelli di isotopi che non possono essere facilmente spiegate dalle simulazioni attuali, inclusa quella di Denton.
Le simulazioni potrebbero avere ripercussioni nella ricerca di esolune. Se la Luna si formasse in poche ore, la ricerca di dischi protoplanetari attorno a esopianeti terrestri potrebbe rivelarsi un’impresa vana, data la loro brevissima durata. I dischi protoplanetari attorno a giganti gassosi rappresenterebbero invece un caso diverso, poiché questi dischi non si formano a seguito di impatti, ma piuttosto dal materiale residuo della formazione di quei pianeti. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista The Astrophysical Journal Letters.