Granelli di polvere nel gas interstellare

Il gas interstellare si riferisce alle particelle di gas e polvere altamente rarefatte che riempiono lo spazio tra le stelle. I modelli teorici del gas interstellare hanno assunto che il gas sia termicamente stabile, ovvero che le velocità totali di riscaldamento e raffreddamento siano in equilibrio localmente. Questi modelli hanno anche assunto che il gas sia in equilibrio di pressione con il suo ambiente in modo che nessuna forza idrodinamica possa stimolare i movimenti del gas. Con queste ipotesi, vari autori hanno dimostrato che il gas interstellare si separa naturalmente in regioni con temperature e densità distinte a seconda delle velocità locali di riscaldamento e raffreddamento.

I risultati, pubblicati da ricercatori dell’Università di Hokkaido in Giappone e Germania sulla rivista Science Advances, hanno rivelato come si formano i granelli di polvere nel gas interstellare prima che si formasse il sistema solare

Questa scoperta, oltre ad essere di supporto gli astronomi, apre la strada alla creazione di nanoparticelle con applicazioni utili.

La loro analisi può rivelare informazioni su fenomeni come la formazione del Sistema Solare.

Ad esempio, la polvere cosmica può determinare la perdita di massa quando una stella si avvicina alla fine della sua vita, svolgere un ruolo nelle prime fasi della formazione stellare e formare pianeti. Ciò potrebbe, a sua volta, aiutare a chiarire come si evolvono le stelle e come i materiali che le circondano diventano gli elementi costitutivi dei pianeti. Il gas interstellare, a seconda di dove si trova, può essere freddo come pochi gradi sopra lo zero assoluto o caldo come un milione di gradi o più.

Alcune delle fotografie astronomiche più spettacolari mostrano gas interstellare situato vicino a stelle calde

Formazione dei granelli di polvere nel gas interstellare

I granelli di polvere hanno origine dal materiale espulso dalle stelle. Si formano in ambienti densi e relativamente freddi come le atmosfere delle stelle giganti rosse e sono rilasciati nel mezzo interstellare dalla pressione di radiazione, dai venti stellari o dal materiale espulso durante le esplosioni stellari.

Generalmente traggono origine da grani di carbonio o silicato, che in seguito si uniscono a atomi di elementi quali idrogeno, ossigeno, carbonio e azoto. Si formano così mantelli ghiacciati di acqua, metano, monossido di carbonio e ammoniaca.

Hanno all’incirca le stesse dimensioni della lunghezza d’onda della luce blu, il che significa che assorbono e diffondono la luce U.V. e blu in modo molto più efficiente della luce rossa.

Questi grani “presolari” possono essere trovati nelle meteoriti che cadono sulla Terra, consentendo studi di laboratorio che rivelano possibili percorsi per la loro formazione.

Analogia con i fiocchi di neve

I fiocchi di neve si formano nell’atmosfera quando le gocce d’acqua fredda si congelano sulle particelle di polvere.

Le forme dei fiocchi di neve sono influenzate dalla temperatura e dall’umidità dell’atmosfera e forniscono informazioni sulla temperatura e l’umidità dell’atmosfera superiore.

A seconda della temperatura e dell’umidità dell’aria in cui si formano i fiocchi di neve, i cristalli di ghiaccio risultanti cresceranno in una miriade di forme diverse. Analogamente ad essi, le caratteristiche dei  granelli di polvere nel gas interstellare, possono fornire informazioni utili sull’ambiente interstellare.

Tuttavia, essendo costituiti da un nucleo di carburo di titanio e da un mantello di carbonio di grafite circostante è difficile individuare i possibili ambienti per la loro formazione

Struttura dei granelli di polvere nel gas interstellare

La struttura dei grani indica che si sia formato per primo il nucleo successivamente ricoperto da uno spesso strato di carbonio probabilmente secondo un processo di nucleazione non classico. Il carbonio avrebbe prima formato piccoli nuclei omogenei su cui si sarebbe depositato il titanio. Successivamente si sarebbe formato TiC, materiale ceramico refrattario estremamente duro, dalla cui fusione avrebbe avuto origine il nucleo.

Questa modalità di formazione suggerisce agli scienziati che anche altri tipi di grani presolari potrebbero essersi formati con la stessa modalità.

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