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Si sarebbe formata al di fuori del nostro Sistema Solare, addirittura lontano dal braccio della Via Lattea dove risiediamo, in un’esplosione stellare molto rara e super energetica.
Una nuova indagine chimica “forense” indica che la pietra chiamata Ipazia proveniente dal deserto egiziano potrebbe essere la prima prova tangibile trovata sulla Terra di un’esplosione di supernova di tipo Ia. Queste rare supernove sono alcuni degli eventi più energetici dell’universo.
Questa è la conclusione di un nuovo studio pubblicato sulla rivista Icarus, da Jan Kramers, Georgy Belyanin e Hartmut Winkler dell’Università di Johannesburg, e altri.
Dal 2013, Belyanin e Kramers hanno scoperto una serie di indizi chimici molto insoliti in un piccolo frammento della pietra di Ipazia.
La loro ipotesi sull’origine di Ipazia inizia con una stella: una stella gigante rossa collassata in una stella nana bianca. Il collasso sarebbe avvenuto all’interno di una gigantesca nube di polvere, chiamata anche nebulosa.
Quella nana bianca si trovava in un sistema binario con una seconda stella. La nana bianca alla fine ha “mangiato” l’altra stella. Ad un certo punto la nana bianca “affamata” è esplosa come una supernova di tipo Ia all’interno della nebulosa.
Dopo il raffreddamento, gli atomi di gas rimasti della supernova Ia hanno iniziato ad attaccarsi alle particelle della nube di polvere.
”In un certo senso potremmo dire, abbiamo ‘catturato’ un’esplosione di supernova Ia ‘nell’atto’, perché gli atomi di gas dell’esplosione sono stati catturati nella nube di polvere circostante, che alla fine ha formato il corpo genitore di Ipazia”, dice Kramers.
Un’enorme “bolla” di questa miscela di polvere e gas-atomi di supernova non ha mai interagito con altre nubi di polvere.
Sarebbero passati milioni di anni, e alla fine la “bolla” sarebbe diventata lentamente solida. Il “corpo genitore” di Ipazia sarebbe diventato una roccia solida nelle prime fasi di formazione del nostro sistema solare.
Questo processo probabilmente è avvenuto in una parte esterna fredda e senza eventi del nostro sistema solare, come la nube di Oort o nella fascia di Kuiper, due zone dove si sono formati i nuclei delle comete.
Ad un certo punto, la roccia madre di Ipazia iniziò a sfrecciare verso la Terra. Il calore di ingresso nell’atmosfera terrestre, combinato con la pressione dell’impatto nel Grande Mare di Sabbia nel sud-ovest dell’Egitto, ha creato micro-diamanti e frantumato la roccia madre.
La pietra di Ipazia raccolta nel deserto deve essere uno dei tanti frammenti dell’impattatore originale.
”Se questa ipotesi è corretta, la pietra di Ipazia sarebbe la prima prova tangibile sulla Terra di un’esplosione di supernova di tipo Ia. Forse altrettanto importante, mostra che un singolo pezzo anomalo di polvere proveniente dallo spazio esterno potrebbe effettivamente essere incorporato nella nebulosa da cui si è formato il nostro sistema solare, senza essere completamente mescolato “, afferma Kramers.
Per mettere insieme la linea temporale di come Ipazia potrebbe essersi formata, i ricercatori hanno usato diverse tecniche per analizzare la strana pietra.
Nel 2013, uno studio sugli isotopi dell’argon ha mostrato che la roccia non si è formata sulla terra. Doveva essere extraterrestre. Uno studio del 2015 sui gas nobili nel frammento ha indicato che potrebbe non provenire da alcun tipo noto di meteorite o cometa.
Nel 2018 il team di UJ ha pubblicato varie analisi, che includevano la scoperta di un minerale, il fosfuro di nichel, non precedentemente trovato in nessun oggetto del nostro sistema solare.
A quel punto Ipazia si stava rivelando difficile da analizzare ulteriormente. I metalli che Kramers e Belyanin stavano cercando, non potevano davvero essere “visti in dettaglio” con l’attrezzatura che avevano. Avevano bisogno di uno strumento più potente che non distruggesse il piccolo campione.
Kramers ha iniziato ad analizzare un set di dati che Belyanin aveva creato alcuni anni prima.
Nel 2015, Belyanin aveva fatto una serie di analisi con un fascio di protoni da tre milioni di Volt presso gli iThemba Labs nel Somerset West.
Belyanin ha accuratamente selezionato 17 bersagli sul piccolo campione per l’analisi. Tutti sono stati scelti per essere ben lontani dai minerali terreni che si erano formati nelle fessure della roccia originale dopo il suo impatto nel deserto.
”Abbiamo identificato 15 elementi diversi in Ipazia con molta maggiore precisione e accuratezza, con la microsonda protonica. Questo ci ha dato gli “ingredienti” chimici di cui avevamo bisogno, in modo che Jan potesse iniziare il prossimo processo di analisi di tutti i dati “, afferma Belyanin.
Il primo grande indizio dalle analisi del fascio di protoni è stato il livello sorprendentemente basso di silicio nei bersagli della pietra di Ipazia. Il silicio, insieme al cromo e al manganese, erano meno dell’1% di quello che si si aspettava per qualcosa formatosi all’interno del nostro sistema solare.
Inoltre, l’alto contenuto di ferro, zolfo, fosforo, rame e vanadio erano evidenti e anomali, aggiunge Kramers.
”Abbiamo trovato un modello di elementi che è completamente diverso da qualsiasi cosa nel sistema solare, primitiva o evoluta. Anche gli oggetti nella fascia degli asteroidi e le meteore non corrispondono a questo. Quindi abbiamo guardato fuori dal sistema solare”, dice Kramers.
Poi Kramers ha confrontato il modello di concentrazione degli elementi di Ipazia con quello che ci si aspetterebbe di vedere nella polvere tra le stelle nel nostro braccio galattico della Via Lattea.
”Abbiamo cercato di vedere se il modello che otteniamo dalla polvere interstellare media nel nostro braccio della Via Lattea si adatta a quello che vediamo in Ipazia. Ancora una volta, non c’era alcuna somiglianza”, aggiunge Kramers.
A questo punto, i dati del fascio di protoni avevano anche escluso quattro “sospetti” di dove Ipazia avrebbe potuto formarsi.
Ipazia non si è formata sulla terra, non faceva parte di alcun tipo noto di cometa o meteorite, non si è formata dalla polvere del sistema solare interno e nemmeno dalla polvere interstellare.
La spiegazione più semplice possibile per il modello di concentrazione degli elementi in Ipazia, sarebbe una stella gigante rossa. Le stelle giganti rosse sono comuni nell’universo.
Ma i dati del fascio di protoni hanno escluso anche il deflusso di massa da una stella gigante rossa: Ipazia aveva troppo ferro, troppo poco silicio e concentrazioni troppo basse di elementi pesanti più pesanti del ferro.
Il prossimo “sospetto” da considerare era una supernova di tipo II. Le supernove di tipo II producono ferro e sono anche un tipo relativamente comune di supernova.
Ancora una volta, i dati del fascio di protoni per Ipazia hanno escluso un sospetto promettente con “chimica forense”. Una supernova di tipo II era altamente improbabile come fonte di strani minerali come il fosfuro di nichel. C’era anche troppo ferro rispetto al silicio e al calcio.
Era tempo di esaminare da vicino la chimica prevista di una delle esplosioni più drammatiche dell’universo.
Un tipo più raro di supernova produce anche molto pià ferro. Le supernove del tipo Ia si verificano solo una o due volte nella galassia in un secolo. Ma producono la maggior parte del ferro nell’universo. La maggior parte dell’acciaio sulla terra era una volta l’elemento ferro creato dalle supernove Ia.
In primo luogo, una stella gigante rossa alla fine della sua vita collassa in una stella nana bianca molto densa. Le stelle nane bianche sono di solito incredibilmente stabili per periodi molto lunghi e molto improbabile che esplodano. Tuttavia, ci sono eccezioni.
Una stella nana bianca potrebbe iniziare a “estrarre” materia da un’altra stella in un sistema binario. Si può dire che la stella nana bianca “mangia” la sua stella compagna. Alla fine la nana bianca diventa così pesante, calda e instabile, che esplode in una supernova Ia.
La fusione nucleare durante l’esplosione della supernova Ia dovrebbe creare concentrazione degli elementi altamente insoliti, secondo i modelli teorici scientifici accettati.
”Tutti i dati e i modelli teorici della supernova Ia mostrano proporzioni molto più elevate di ferro rispetto al silicio e al calcio rispetto ai modelli di supernova II”, afferma Kramers.
”A questo proposito, i dati di laboratorio del fascio di protoni su Ipazia si adattano ai dati e ai modelli della supernova Ia”.
Complessivamente, otto dei 15 elementi analizzati sono conformi agli intervalli di proporzioni previsti rispetto al ferro. Questi sono gli elementi silicio, zolfo, calcio, titanio, vanadio, cromo, manganese, ferro e nichel.
Tuttavia, non tutti i 15 elementi analizzati in Ipazia si adattano alle previsioni. In sei dei 15 elementi, le proporzioni erano tra 10 e 100 volte superiori agli intervalli previsti dai modelli teorici per le supernove di tipo 1A. Questi elementi sono alluminio, fosforo, cloro, potassio, rame e zinco.
”Dal momento che una stella nana bianca è formata da una gigante rossa morente, Ipazia potrebbe aver ereditato queste proporzioni di elementi per i sei elementi da una stella gigante rossa. Questo fenomeno è stato osservato nelle nane bianche in altre ricerche”, aggiunge Kramers.
Se questa ipotesi è corretta, la pietra di Ipazia sarebbe la prima prova tangibile sulla Terra di un’esplosione di supernova di tipo Ia, uno degli eventi più energetici dell’universo.
La pietra di Ipazia sarebbe un indizio di una storia cosmica iniziata durante la prima formazione del nostro sistema solare, e sarebbe stata trovata molti anni dopo in un deserto remoto disseminato di altri ciottoli.
Immagine: Jan Kramers
