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Dagli spettacoli rock ai sistemi planetari

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Parliamo di ghiaccio secco: di sicuro molti di voi si sono imbattuti nel ghiaccio secco anche se magari non lo sanno. Il ghiaccio secco è quello che serve per creare quel fumo spettacolare, spesso illuminato di fantasmagorici e cangianti colori, negli spettacoli rock e non solo (ho in mente i Queen, vista la mia età, ma se ne possono ricordare tanti). Si usa molto in campo medico, o anche, ho scoperto, per la conservazione di frutta e verdura durante il trasporto. Ebbene, che cos'è? Non è altro che anidride carbonica, nota anche come biossido di Carbonio (CO2), congelata: per congelarla occorrono speciali accorgimenti poichè la temperatura di congelamento è di -79 C° (per l’acqua, o H2O, è 0 C°). A pressione ambiente, il CO2 sublima, cioè passa direttamente da ghiaccio a vapore, e forma il caratteristico fumo. [Da non provare a casa, può essere pericoloso in grandi quantità!]

Se sulla Terra è difficile tenere il ghiaccio secco allo stato solido, nello spazio invece, viste le temperature così basse, è piuttosto semplice, anzi, il ghiaccio secco è stato proprio utilizzato per una recente scoperta: è stato identificato nella zona circostante TW Hydrae, una giovane stella a 175 anni luce da noi, studiata proprio perchè circondata da un disco planetario molto simile a quello che dev’essere stato il disco di gas e polvere intorno al Sole nella sua infanzia.

È difficile studiare i pianeti intorno a una stella. È un po’ come chiedersi se la formica che cammina sulla torcia che ci viene puntata negli occhi è, per caso, rossa. Come si può vedere con una luce puntata negli occhi? Come si può vedere la tenue luminosità di un pianeta quando la stella ci abbaglia? Molti sono gli accorgimenti usati dagli astronomi, negli ultimi anni, per scovare nuovi pianeti e infatti ora conosciamo quasi un migliaio di esopianeti (pianeti che orbitano stelle diverse dal Sole). Per esempio si può cancellare artificialmente la luce della stella, come nel caso della nana bruna 2M1207, appartenente probabilmente alla stessa associazione stellare di TW Hydrae, osservata dal telescopio spaziale Hubble (heic0501): il punto magenta in Figura 1 è probabilmente un esopianeta gigante, di massa pari a circa cinque volte quella di Giove.

Un’immagine a falsi colori nella banda infrarossa ottenuta dallo spettrografo NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer) per la nana bruna 2MASSWJ 1207334-393254 (nota come 2M1207) e il suo compagno, probabilmente un esopianeta gigante. Il rosso, il verde e il blu sono associati alla lunghezze d’onda infrarosse di 1,6 1,1 e 0,9 micron rispettivamente.
La luce abbagliante della stella, circa 700 volte più brillante del candidato esopianeta, è stata rimossa artificialmente attraverso l’elaborazione di numerose immagini NICMOS scattate con il satellite in orientazioni diverse. Il candidato esopianeta ha una temperatura di circa 1000 oC e appare rosso-magenta nella fotografia. Questa stella appartiene probabilmente alla stessa associazione stellare di TW Hydrae.

Credit: NASA, ESA, G. Schneider (Steward Observatory, Univ. of Arizona, USA), I. Song (Gemini Observ.), B. Zuckerman, E. Becklin (Univ. of California, USA), P. Lowrance (California Inst. of Technology, USA), B. Macintosh (Lawrence Livermore National Laboratory, USA), M. Bessell (Australian National Univ.), and C. Dumas and G. Chauvin (European Southern Observatory) 


Una delle indagini più interessanti nello studio degli esopianeti è quella effettuata con il telescopio internazionale ALMA (Atacama Large Millimiter/Submillimiter Array) sulla piana di Chajnantor in Cile, di recentissima inaugurazione, che osserva l'Universo in una banda particolare dello spettro elettromagnetico, in cui le stelle sono un po' meno brillanti e i dischi proto-planetari un po' di più.

Questa immagine di ALMA mostra la regione in cui la neve di monossido di carbonio si è formata intorno alla stella. Il monossido di carbonio (CO), mostrato qui in verde, inizia a una distanza maggiore di 30 unità astronomiche da TW Hydrae. Oltre a essere necessario per la formazione di pianeti e comete, il monossido di carbonio è un ingrediente fondamentale per la produzione di metanolo, uno dei mattoni della vita. La distanza dell'anello di CO dalla stella equivale circa a quella di Nettuno dal Sole.
Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Torniamo così al nostro ghiaccio secco: ALMA ha scoperto, intorno a TW Hydrae, il ghiaccio secco, o meglio, la versione "povera" del ghiaccio secco, in cui si congela il monossido di Carbonio (CO) invece che il biossido di Carbonio (CO2).

Il ghiaccio forma un anello quasi perfetto intorno alla stella, con un confine ben delineato a circa 30 Unità Astronomiche dalla stella (30 volte la distanza tra la Terra e il Sole) che segna la zona in cui si possono iniziare a formare i nuclei dei pianeti gassosi giganti (eso1333). Uno dei problemi non risolti sulla formazione dei pianeti, infatti, riguarda proprio il modo in cui i grani di polvere, piccoli come la fuliggine di un camino, presenti nel disco proto-planetario si combinino fino a diventare rocce, asteroidi, pianeti. Nelle zone più dense del disco, dove è più probabile che tanti granelli di polvere si attirino l'uno con l'altro attraverso la reciproca attrazione gravitazionale, gli urti tra queste particelle sono anche più frequenti e tendono a spezzare i granelli più grossi appena formati. Perciò è importante scoprire che la neve, di CO, di CO2 o di H2O, avvolge i minuscoli granelli di polvere che circondano la stella e li preserva dalla distruzione a causa degli gli urti. Di più, questo ghiaccio si comporta un po' come la carta moschicida: è appiccicoso e aiuta a far unire tra loro più grani. In questo modo il processo di formazione dei pianeti, per attrazione gravitazionale, risulta molto più veloce di quando prevedano le teorie correnti. Nel nostro Sistema Solare vediamo una chiara distinzione tra le zone più interne del disco in cui si sono formati i pianeti rocciosi, probabilmente aiutati dal ghiaccio d’acqua, mentre nelle zone più esterne si formano quelli giganti, aiutati dal ghiaccio di monossido di Carbonio.

Il giaccio di monossido di carbonio serve anche per formare il metanolo, uno dei mattoni delle molecole organiche più complesse essenziali per la vita. Se le comete trasportano queste molecole su pianeti in formazione simili alla Terra, questi si ritrovano di conseguenza dotati degli ingredienti necessari alla vita.

Il disco planetario che circonda TW Hydrae è molto simile a quello che potrebbe essere stato il Sistema Solare nella sua infanzia e studiarlo perciò ci dà informazioni sul nostro passato, sulla nostra storia. E, chissà, ci porterà a capire come trovare qualche altro pianeta veramente simile alla Terra.

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Immagine: Pixabay License.

Un cubetto di ghiaccio in un bicchiere d’acqua, se si scioglie, non contribuisce a far innalzare il livello del liquido. Questo è facilmente verificabile applicando le note leggi di Archimede. Allo stesso modo, non è il ghiaccio galleggiante, come gli iceberg, che determina l’aumento del livello del mare, ma, come sappiamo, i ghiacci continentali. L’Antartide ha un’estensione di circa 14 milioni di km2, un volume di quasi 27 milioni di km3 e detiene più della metà delle risorse di acqua dolce della Terra.