TEORIA DELL'ACCRESCIMENTO: BACKGROUND E SPIEGAZIONE - FISICO - 2026

La t eoría accrescimento (o accrescimento) in astrofisica, spiega che i pianeti e altri corpi celesti sono formati dalla condensazione di piccole particelle di polvere che vengono attratte dalla forza di gravità.

L'idea che i pianeti si formino in questo modo fu avanzata nel 1944 dal geofisico russo Otto Schmidt (1891-1956); Ha proposto che un'enorme nuvola di gas e polvere, a forma di disco appiattito, circondasse il Sole nel primo sistema solare.

Figura 1. Concetto artistico del disco protoplanetario, da cui si formano i pianeti per accrescimento. Fonte: Wikimedia Commons.

Schmidt affermò che il Sole aveva acquisito questa nube in congiunzione con un'altra stella, la quale, trasportata dal suo movimento attraverso la galassia, passava contemporaneamente attraverso una nebulosa ricca di polvere e gas. La vicinanza dell'altra stella ha aiutato la nostra a catturare la materia che in seguito si è condensata.

Le ipotesi sulla formazione del sistema solare si dividono in due categorie: evolutiva e catastrofica. I primi affermano che sia il Sole che i pianeti si evolvono da un unico processo e risalgono alle idee proposte da Inmanuel Kant (1724-1804) e Pierre Simon de Laplace (1749-1827).

Il secondo indica un evento catastrofico, come una collisione o la vicinanza con un'altra stella, come trigger per la formazione planetaria. Inizialmente, l'ipotesi Schmidt rientrava in questa categoria.

Spiegazione

Oggi ci sono osservazioni di sistemi stellari giovani e potenza di calcolo sufficiente per eseguire simulazioni numeriche. Questo è il motivo per cui le teorie catastrofiche sono state abbandonate a favore di quelle evolutive.

L'ipotesi nebulare della formazione del sistema solare è attualmente la più accettata dalla comunità scientifica, mantenendo l'accrescimento come processo di formazione del pianeta.

Nel caso del nostro sistema solare, 4,5 miliardi di anni fa, l'attrazione gravitazionale ha raccolto minuscole particelle di polvere cosmica - di dimensioni variabili da pochi angstrom a 1 centimetro - attorno a un punto centrale, formando una nuvola.

Questa nuvola era il luogo di nascita del Sole e dei suoi pianeti. Si ipotizza che l'origine della polvere cosmica potrebbe essere la precedente esplosione di una supernova: una stella che è collassata violentemente e ha disperso i suoi resti nello spazio.

Nelle aree più dense della nuvola, le particelle si sono scontrate più frequentemente a causa della loro vicinanza e hanno iniziato a perdere energia cinetica.

Quindi l'energia gravitazionale ha causato il collasso della nuvola sotto la sua stessa gravità. Così è nata una protostella. La gravità continuò ad agire fino a formare un disco, da cui si formarono i primi anelli e successivamente i pianeti.

Nel frattempo, il Sole al centro si è compattato e quando ha raggiunto una certa massa critica, al suo interno hanno cominciato a verificarsi reazioni di fusione nucleare. Queste reazioni sono ciò che mantiene il Sole e tutte le stelle.

Le particelle altamente energetiche sono state sospinte dal Sole, noto come vento solare. Questo ha aiutato a ripulire i detriti, buttandoli fuori.

Formazione dei pianeti

Gli astronomi suppongono che dopo la nascita del nostro re delle stelle, il disco di polvere e gas che lo circondava sia rimasto lì per almeno 100 milioni di anni, lasciando abbastanza tempo per la formazione planetaria.

Figura 2. Diagramma del sistema solare oggi. Fonte: Wikimedia Commons.

Nella nostra scala temporale, questo periodo sembra un'eternità, ma in realtà è solo un breve istante nel tempo dell'universo.

In questo momento si formarono oggetti più grandi, di circa 100 km di diametro, chiamati planetesimi. Sono gli embrioni di un futuro pianeta.

L'energia del neonato Sole ha aiutato a far evaporare i gas e la polvere dal disco, e questo ha ridotto notevolmente il tempo di nascita dei nuovi pianeti. Nel frattempo, le collisioni hanno continuato ad aggiungere materia, poiché questa è precisamente l'accrescimento.

Modelli di formazione planetaria

Osservando le giovani stelle in formazione, gli scienziati stanno ottenendo informazioni su come si è formato il nostro sistema solare. All'inizio c'era una difficoltà: queste stelle sono nascoste nella gamma di frequenze visibili, a causa delle nuvole di polvere cosmica che le circondano.

Ma grazie ai telescopi con sensori a infrarossi, la nube di polvere cosmica può essere penetrata. È stato dimostrato che nella maggior parte delle nebulose della Via Lattea ci sono stelle in formazione e sicuramente pianeti che le accompagnano.

Tre modelli

Con tutte le informazioni raccolte finora, sono stati proposti tre modelli sulla formazione planetaria. La più ampiamente accettata è la teoria dell'accrescimento, che funziona bene per i pianeti rocciosi come la Terra, ma non altrettanto bene per i giganti gassosi come Giove e gli altri pianeti esterni.

Il secondo modello è una variante del precedente. Ciò afferma che le rocce si formano per prime, che sono attratte l'una dall'altra gravitazionalmente, accelerando la formazione planetaria.

Infine, il terzo modello si basa sull'instabilità del disco, ed è quello che meglio spiega la formazione dei giganti gassosi.

Il modello di accrescimento nucleare e pianeti rocciosi

Con la nascita del Sole, il materiale rimanente iniziò a raggrupparsi. Si formarono ammassi più grandi e gli elementi leggeri come l'elio e l'idrogeno furono spazzati via dal vento solare in regioni più lontane dal centro.

In questo modo, gli elementi e composti più pesanti, come metalli e silicati, potrebbero dare origine ai pianeti rocciosi vicini al Sole. Successivamente è stato avviato un processo di differenziazione geochimica e si sono formati i vari strati della Terra.

D'altra parte, è noto che l'influenza del vento solare decade con la distanza. Lontano dal Sole i gas formati dagli elementi leggeri possono raccogliersi. A queste distanze, le temperature di congelamento favoriscono la condensazione di molecole di acqua e metano, dando origine a pianeti gassosi.

Gli astronomi affermano che esiste un confine, chiamato "linea di ghiaccio" tra Marte e Giove, lungo la fascia degli asteroidi. Lì la frequenza delle collisioni era inferiore, ma l'alto tasso di condensazione dava origine a planetesimi di dimensioni molto maggiori.

In questo modo sono stati creati i pianeti giganti, in un processo che curiosamente ha richiesto meno tempo di quello della formazione dei pianeti rocciosi.

La teoria dell'accrescimento e gli esopianeti

Con la scoperta di esopianeti e le informazioni raccolte su di essi, gli scienziati sono abbastanza certi che il modello di accrescimento sia il principale processo di formazione planetaria.

È perché il modello spiega in modo molto adeguato la formazione di pianeti rocciosi come la Terra. Nonostante tutto, buona parte degli esopianeti scoperti finora sono di tipo gassoso, di dimensioni paragonabili a quella di Giove o molto più grandi.

Le osservazioni indicano anche che i pianeti gassosi predominano intorno alle stelle con elementi più pesanti nei loro nuclei. D'altra parte, quelli rocciosi si formano attorno a stelle con nuclei leggeri, e il Sole è uno di questi.

Figura 3. Rappresentazione artistica dell'esopianeta Kepler 62f attorno alla sua stella, nella costellazione della Lyra. Fonte: Wikimedia Commons.

Ma nel 2005, un esopianeta roccioso è stato finalmente scoperto in orbita attorno a una stella di tipo solare. In un certo senso questa scoperta, e altre che seguirono, indicano che anche i pianeti rocciosi sono relativamente abbondanti.

Per lo studio degli esopianeti e della loro formazione, nel 2017 l'Agenzia Spaziale Europea ha lanciato il satellite CHEOPS (Characterizing ExOPlanets Satellite). Il satellite utilizza un fotometro altamente sensibile per misurare la luce da altri sistemi stellari.

Quando un pianeta passa davanti alla sua stella, subisce una riduzione della luminosità. Analizzando questa luce, è possibile conoscere la dimensione e se si tratta di pianeti giganti gassosi o rocciosi come la Terra e Marte.

Dalle osservazioni nei sistemi giovani, sarà possibile capire come avviene l'accrescimento nella formazione planetaria.

Riferimenti

1. Paese. Questo è "Cheops", il satellite spagnolo per misurare gli esopianeti. Estratto da: elpais.com.
2. Planet Hunters. Cosa comprendiamo veramente sulla formazione planetaria? Estratto da: blog.planethunters.org.
3. Sergeev, A. Nato dalla polvere. Estratto da: vokrugsveta.ru.
4. Formazione del sistema solare. Capitolo 8. Recupero da: asp.colorado.edu.
5. Taylor, N. Come si è formato il sistema solare? Recupero da: space.com.
6. Woolfson, M. L'origine e l'evoluzione del sistema solare. Estratto da: academy.oup.com.