La ricerca di acqua sui pianeti extrasolari sta facendo passi a gigante
La ricerca di acqua su altri corpi planetari ha compiuto un enorme balzo in avanti negli ultimi mesi. Nel mese di novembre, la NASA ha annunciato di aver trovato notevoli quantità di acqua sulla Luna. All'inizio di questo mese, la sonda Cassini ha ottenuto nuovi dati su una delle lune di Saturno, Encelado, confermando la presenza di acqua allo stato liquido sotto la superficie. Mentre queste missioni setacciano il nostro Sistema Solare, per le tracce di acqua (una condizione necessaria per la vita) un gruppo di scienziati sta guardando oltre, nei sistemi solari ad anni luce di distanza.
Un recente studio pubblicato sulla rivista Astrobiology, sta utilizzando la spettroscopia a infrarossi per cercare la presenza di minerali idrati (fillosilicati) nella polvere che circondano le giovani stelle extrasolari.
Uno degli esempi più semplici di fillosilicati è l'argilla. L'acqua è una parte importante della loro struttura chimica.
"Se si trovassero fillosilicati, si avrebbero più possibilità di trovare acqua allo stato liquido", dice l'autore Melissa Morris, visiting professor al Dipartimento di Fisica, Astronomia e Scienza dei Materiali presso Missouri State University e un affiliato della scuola Arizona State University. "L'obiettivo era quello di determinare se si potessero davvero rilevare tracce di questi meravigliosi minerali idrati quasi sempre prodotti dalla interazione di acqua allo stato liquido con la roccia."
(Getti di gas rossi emanati dalla stella in formazione HH-30 con disco protoplanetario)
Al fine di stabilire se la superficie di un pianeta extrasolare contenga acqua, gli scienziati possono guardare quello che viene chiamato il disco protoplanetario - un disco di gas e polveri che circonda una stella nelle sue prime fasi di sviluppo. Gli scienziati pensano che i pianeti siano nati da dischi protoplanetari attraverso le interazioni gravitazionali ed elettrostatiche tra le particelle. Quindi, se gli scienziati possono determinare la composizione elementare dei dischi polverosi dovrebbero essere in grado di prevedere quale tipo di pianeti alla fine si formeranno.
Una scuola di pensiero suggerisce che la Terra ha acquisito la sua acqua di superficie da asteroidi o dai corpi che erano presenti nel suo disco protoplanetario. Gli autori di questo studio hanno utilizzato la stessa ipotesi dellaTerra per i pianeti in altri sistemi solari. Pertanto, se i fillosilicati si trovassero nel disco protoplanetario di una stella giovane extrasolare, l'ipotesi è che l'acqua si troverebbe sulla superficie dei pianeti che sono poi nati all'interno del disco.
Gli scienziati sperano presto di utilizzare il telescopio spaziale Spitzer e l'Osservatorio Stratosferico per l'Astronomia Infrarossa (Sofia) per determinare la composizione della polvere dei dischi protoplanetari extrasolari. Prima che ciò accada, però, gli scienziati dovranno determinare se l'individuazione di minerali, soprattutto in questi sistemi lontani è di fatto possibile.
Disco protoplanetario in formazione nella Nebulosa di Orione (foto: Hubble Space Telescope/NASA)
La composizione della polvere è identificata studiando le sue caratteristiche di emissione. Una procedura comune è quella di utilizzare la spettroscopia a raggi infrarossi per individuare le emissioni o gli assorbimenti delle sostanze nelle lunghezze d'onda infrarosse. Questa procedura viene spesso utilizzata per rilevare l'acqua sui corpi planetari.
Morris ei suoi colleghi hanno cominciato modellare le caratteristiche di emissioni delle polveri a raggi infrarossi, che non contengono sostanze minerali idrate, o fillosilicati. Hanno poi cambiato la miscela di minerali con l'aggiunta di fillosilicati pari al tre per cento del totale della miscela.
Nell'articolo, Morris e il suo co-autore Steve Desch dell'Arizona State University sostengono che le caratteristiche peculiari dei fillosilicati a metà degli spettri infrarossi dovrebbero consentire di individuarli nei dischi protoplanetari.
Scott Sandford, un astrofisico presso il NASA Ames Research Center in California, che ha esperienza di conduzione di spettroscopia nelle meteoriti, non è d'accordo. Dice che dimostrare la presenza di fillosilicati in un disco protoplanetario è una sfida impossibile.
"E 'un po' difficile individuare i fillosilicati quando sono presenti in miscele perché sono relativamente piatti a differenza di altri minerali, che hanno un sacco di caratteristiche strutturali nel loro spettro", dice Sandford.
Morris ha detto che l'esito di questo studio dimostra solo che, sulla base dei modelli al computer, dovrebbe essere possibile individuare la presenza di fillosilicati in dischi protoplanetari. E 'solo il primo passo per l'individuazione dell'acqua in altri sistemi solari. "La mia ipotesi è in via di sviluppo per determinare se si potrà fare" dice Morris. "Quali sono gli strumenti a disposizione? Tra gli strumenti che abbiamo, quali hanno la risoluzione necessaria per questo scopo?"
Traduzione a cura di Arthur McPaul
English:
The search for water on other planetary bodies has taken a giant leap forward in recent months. In November, NASA announced that it had found substantial quantities of water on the Moon. Earlier this month, the Cassini spacecraft obtained data about one of Saturn's moons, Enceladus, that may confirm the presence of sub-surface liquid water.
While these missions scour our solar system for traces of water — a necessary condition for life — a group of scientists is looking beyond, at solar systems light years away. A recent study published in the journal Astrobiology described using infrared spectroscopy to model the dust surrounding young extrasolar stars to try to detect the presence of hydrous minerals called phyllosilicates.
One of the simplest examples of phyllosilicates is clay minerals. Water is an important part of their chemical structure.
"If you find phyllosilicates, you have most likely found liquid water," says lead author Melissa Morris, a visiting professor in the Department of Physics, Astronomy and Materials Science at Missouri State University and an affiliate of Arizona State University's School of Earth and Space Exploration. "The objective was to try to determine whether we could actually detect these wonderful signatures of hydrated minerals almost always produced by the interaction of liquid water with rock."
In order to determine whether the surface of an extrasolar planet would contain water, scientists can look at what is called the protoplanetary disk — a disk of gas and dust surrounding a star during its early stages of development. Scientists think planets are born from protoplanetary disks through gravitational and electrostatic interactions between particles. So if scientists can determine the elemental composition of the dusty disks that orbit young stars, they should be able to predict what sort of planets will eventually form.
One school of thought suggests that the Earth acquired its surface water from asteroids or asteroid-like bodies that were present in its protoplanetary disk. The authors of this study used the same assumption for potential Earth-like planets in other solar systems. Therefore, if phyllosilicates are found in the protoplanetary disk of a young extrasolar star, the assumption is that water would most likely be found on the surface of planets that are later born within the disk. (Of course, as Mercury, Venus and Mars illustrate, other conditions will affect whether a rocky planet ultimately has water.)
The scientists hope to someday use instruments such as the Spitzer Space Telescope and the Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) to determine the composition of exozodiacal dust in extrasolar protoplanetary disks. Before that can be done, however, scientists must first determine if detection of particular minerals in these distant systems is even possible. This study helps scientists determine what signatures to look for in disks.
The composition of the dust is identified by studying its emission features. A common procedure is to use infrared spectroscopy to identify substances by the infrared wavelengths they absorb or emit. This procedure is often used to detect water on planetary bodies.
Morris and her colleagues began by modeling the infrared emission features of dust that did not contain hydrated minerals, or phyllosilicates. They then changed the mineral mixture by adding phyllosilicates amounting to three percent of the total mixture.
In the paper, Morris and her co-author Steve Desch of Arizona State University claim that unique features indicative of phyllosilicates in the mid-infrared spectra should make it possible to detect those minerals in protoplanetary disks.
Scott Sandford, a research astrophysicist at the NASA Ames Research Center in California who has experience conducting spectroscopy in meteorites, disagrees. He says proving the presence of phyllosilicates in a protoplanetary disk is a challenge.
"It is somewhat difficult to identify phyllosilicates when they are present in mixtures because they are relatively featureless as opposed to other minerals, which have a lot of structural features in their spectrum," says Sandford.
Morris says the outcome of this study shows only that, based on the computer models, it should be possible to detect the presence of phyllosilicates in protoplanetary disks. It is only the first step in the detection of water in other solar systems.
"My part was developing the model to determine whether it could be done," says Morris. "What instruments are available? Of the instruments we have, do they have the resolution?"
The next step, which Morris has already begun, is to apply this technique to actual data. Morris is now comparing the models to data obtained from the Spitzer Space Telescope.
Sandford says that will be the real test.
"The basic idea they are espousing is a perfectly good one," says Sandford. "I'm personally kind of skeptical that you can locate the phyllosilicates in this disk to the level they suggest. How applicable are those models to the real world?"
Morris says this type of research is also important in understanding how planetary systems form in general.
"I'm a huge advocate for looking for water in our own solar system," says Morris, "but just to understand the process of planetary system formation, we need to go outside our solar system and look at other systems as well."
Link:
Nessun commento:
Posta un commento