Un team di ricerca internazionale guidato dall’Università di Berna ha utilizzato modelli e osservazioni al computer per spiegare come le macromolecole possano formarsi nei dischi di gas e polvere attorno a giovani stelle in un breve periodo di tempo. Questi risultati potrebbero essere cruciali per capire come le condizioni per la vita possano svilupparsi intorno a diversi tipi di esopianeti e stelle.
Le macromolecole organiche sono considerate i mattoni della vita, in quanto sono di importanza cruciale per la composizione del carbonio e dell’azoto della Terra, favorevole alla vita. I ricercatori planetari hanno da tempo ipotizzato che queste macromolecole organiche sulla Terra provengano dalle cosiddette condriti. Le condriti sono blocchi di roccia da cui si è formata la Terra circa 4,6 miliardi di anni fa e che oggi conosciamo come meteoriti. Le condriti si formano nelle fasi iniziali dall’accumulo di polvere e piccole particelle nel disco protoplanetario che si forma intorno a una giovane stella. Finora, tuttavia, non era chiaro come si formassero le macromolecole in questi accumuli. I ricercatori guidati da Niels Ligterink presentano ora una spiegazione in uno studio appena pubblicato su Nature Astronomy . Ligterink, primo autore dello studio, ha lavorato presso il Dipartimento di Ricerca Spaziale e Planetologia dell’Istituto di Fisica dell’Università di Berna fino alla fine di giugno 2024 ed è ora professore assistente presso l’Università Tecnica di Delft.
Trappole di polvere e radiazioni come componenti chiave
La materia macromolecolare in quanto tale è responsabile della composizione di carbonio e azoto della Terra e fornisce le condizioni per la vita", spiega Ligterink. Finora, tuttavia, non era chiaro dove si formasse questa materia macromolecolare nello spazio.
Per l’attuale studio, il team di ricerca, messo insieme da Ligterink, ha combinato nel suo modello due fenomeni già noti. Il primo è che nel disco di polvere in orbita attorno a una stella giovane esistono regioni in cui si accumulano polvere e ghiaccio. In questa cosiddetta trappola di polvere o ghiaccio in un disco planetario, la polvere ghiacciata non rimane ferma, ma si muove verso l’alto e verso il basso e avvengono importanti meccanismi per la formazione dei cosiddetti planetesimi, precursori e mattoni dei pianeti.
Il secondo fenomeno è la forte irradiazione di semplici miscele di ghiaccio, ad esempio con la luce delle stelle. I test di laboratorio hanno dimostrato che l’irraggiamento può formare molecole molto complesse con dimensioni di centinaia di atomi. Queste molecole contengono solitamente atomi di carbonio e possono essere paragonate al nerofumo e al grafene.
I ricercatori hanno ipotizzato che se ci fossero trappole di polvere esposte a un’intensa luce stellare, vi si potrebbero formare macromolecole organiche. Per verificare la loro ipotesi, hanno creato un modello con il quale hanno potuto calcolare varie condizioni.
Formazione sorprendentemente rapida delle macromolecole
Il modello ha dimostrato che, nelle giuste condizioni, le macromolecole possono effettivamente formarsi nelle trappole di polvere in pochi decenni. Ci aspettavamo questo risultato, ma è stata una bella sorpresa che fosse così ovvio", dice Ligterink. Spero che la ricerca futura presti maggiore attenzione all’effetto delle radiazioni intense sui processi chimici complessi". Finora la maggior parte dei ricercatori si è concentrata su molecole organiche relativamente piccole, grandi poche decine di atomi. Tuttavia, le condriti, le rocce che costituiscono i pianeti, contengono solitamente macromolecole di grandi dimensioni", continua Ligterink.
È davvero fantastico poter utilizzare un modello basato sulle osservazioni per spiegare come si formano le grandi molecole", afferma la coautrice Nienke van der Marel dell’Università di Leiden, nei Paesi Bassi. Undici anni fa, lei e i suoi colleghi sono stati i primi a dimostrare in modo convincente l’esistenza delle trappole per la polvere. Da allora, non è più riuscita a staccarsi da questo argomento. La nostra ricerca è una combinazione unica di astrochimica, osservazioni con il radiotelescopio ALMA, lavoro di laboratorio, formazione di polveri e studio di meteoriti del nostro sistema solare.
In futuro, i ricercatori intendono studiare come i diversi tipi di trappole per la polvere reagiscano in modo diverso alle radiazioni e ai flussi di polvere in movimento. Questo ci aiuterà a capire meglio la probabilità di vita intorno a diversi tipi di esopianeti e stelle", conclude Ligterink.
