Tom Dooley e il sole splendente
Ben 4,5 miliardi di anni fa, il nostro sole ha attraversato una fase attiva durante la quale ha irradiato molto più intensamente di oggi. I ricercatori sono giunti a questa conclusione sulla base delle misurazioni effettuate presso l'ETH di Zurigo con uno strumento unico al mondo.
L'Istituto di geochimica e petrologia dell'ETH di Zurigo dispone di un dispositivo in grado di rilevare minuscole tracce di alcuni gas nobili. "Questo spettrometro di massa è stato costruito qui ed è 100 volte più sensibile per le misurazioni dell'elio e del neon rispetto a qualsiasi altro dispositivo commerciale", spiega Henner Busemann, personale scientifico del Dipartimento di scienze Terrestri e membro del Centro nazionale di competenza per la ricerca PlanetS. Poiché lo strumento veniva sospeso al soffitto per motivi tecnici, gli è stato dato il nome di "Tom Dooley", in riferimento al presunto assassino che fu impiccato negli Stati Uniti nel XIX secolo e immortalato in una canzone popolare.
Le inclusioni rivelano la storia
Con l'aiuto di "Tom Dooley", i ricercatori di Chicago e Zurigo hanno acquisito nuove conoscenze sullo sviluppo del nostro sistema solare, come hanno pubblicato sulla rivista scientifica Chi siamo. pagina esternaNatura Astronomia rapporto. "In particolare, siamo stati in grado di rilevare una maggiore attività nel giovane sole", afferma il geofisico Levke K??p dell'Università di Chicago. Una fase attiva simile può essere osservata oggi nelle giovani stelle simili al Sole, che emettono una maggiore quantità di raggi X e di particelle sotto forma di getti.
I ricercatori hanno analizzato il materiale di un meteorite di grandi dimensioni. Questo meteorite Murchison è spesso usato come campione standard nelle ricerche a causa della sua grande massa e della sua composizione originale. Tra l'altro, contiene inclusioni ricche di calcio e alluminio che risalgono all'età preistorica del sistema solare. Queste cosiddette CAI (inclusioni ricche di calcio e alluminio) sono i primi minerali che si sono condensati dalla nebulosa solare ben 4,5 miliardi di anni fa. Si sono formati in prossimità del sole da una miscela di gas riscaldati a 2000 gradi, che si sono raffreddati, per poi essere trasportati nel giro di pochi milioni di anni nelle regioni esterne del sistema solare più lontane dal sole, dove sono stati immediatamente incorporati negli asteroidi.
Pre-irradiazione supplementare
Il team ha analizzato due diverse classi di CAI e ne ha misurato il contenuto di elio e neon. Di questi gas nobili esistono diversi cosiddetti isotopi - atomi con le stesse proprietà chimiche ma con masse leggermente diverse. L'elio-3 e il neon-21 si formano quando le CAI sono esposte alle radiazioni cosmiche. Il contenuto di elio-3 e neon-21 permette quindi di trarre conclusioni sulla durata dell'irradiazione a cui i minerali sono stati esposti nello spazio. "Sappiamo che il meteorite Murchison ha viaggiato nello spazio per circa 1,5 milioni di anni prima di schiantarsi sulla terra in Australia nel 1969", spiega Henner Busemann. Una delle due classi CAI analizzate aveva la stessa età di irradiazione. L'altra, tuttavia, ha mostrato livelli significativamente più elevati di elio-3 e neon-21 nelle misurazioni con "Tom Dooley". "Questa classe ha quindi ricevuto un'ulteriore irradiazione dopo la sua formazione e prima di essere incorporata nell'asteroide genitore di Murchison", spiega il ricercatore all'ETH.
La spiegazione è una sola: la radiazione solare, anch'essa composta da particelle, deve essere stata almeno 50 volte più forte quando si sono formati questi minerali rispetto a quella successiva, quando si sono condensati la seconda classe di CAI e il materiale rimanente del corpo madre di Murchison. La prima classe di CAI ha quindi ricevuto una pre-irradiazione. "? questo che rende queste misurazioni così entusiasmanti per noi", afferma Henner Busemann: "Il fatto che il giovane sole abbia attraversato una fase così attiva era già sospettato sulla base di altre precedenti misurazioni di materiale meteoritico, ma solo ora ne abbiamo la prova definitiva".
Strumento di misura preciso
Levke K??p ha viaggiato dagli Stati Uniti a Zurigo appositamente per lo studio sui gas nobili. "Perché i miei campioni, che risalgono alla prima storia del sistema solare, sono molto piccoli e quindi era lecito aspettarsi piccole quantità di gas nobili", spiega il geofisico, sotto la cui supervisione è stato svolto il lavoro di ricerca. Sebbene lo spettrometro di massa "Tom Dooley" sia stato costruito vent'anni fa, è ancora l'unico strumento al mondo in grado di rilevare concentrazioni così basse di elio-3 e di neon-21. "Qui all'ETH possiamo sviluppare nuovi strumenti e mantenere quelli esistenti, il che è estremamente importante", afferma Henner Busemann. Non sono solo i cosmochimici a trarne vantaggio. Anche l'Eawag effettua regolarmente misurazioni con "Tom Dooley" per determinare l'età delle acque sotterranee e marine e studiare così i processi di miscelazione, ad esempio.
Riferimento alla letteratura
K??p L et al: High early solar activity inferred from helium and neon excesses in the oldest meteorite inclusions. Nature Astronomy, 30 agosto 2018, doi: pagina esterna10.1038/s41550-018-0527-8