THEIA: NUOVE SCOPERTE

Circa 4,5 miliardi di anni fa, un evento drammatico trasformò per sempre la Terra. 

Un protopianeta noto come Theia colpì il nostro pianeta. Gli scienziati non riescono ancora a ricostruire completamente la sequenza dell'impatto o ciò che è seguito, ma le conseguenze sono chiare. La collisione ha alterato le dimensioni, la struttura e l'orbita della Terra e alla fine ha portato alla creazione della Luna, che da allora è rimasta la nostra costante compagna nello spazio.

Questo solleva diverse domande importanti. Che tipo di oggetto si è scontrato con la Terra? Quanto era massiccia Theia, di cosa era composta e da quale regione del Sistema Solare è arrivata? 

Queste domande rimangono impegnative perché Theia non è sopravvissuta all’impatto. 

Nonostante ciò, gli indizi chimici legati alla sua esistenza persistono all'interno della Terra e della Luna. 

Un nuovo studio pubblicato il 20 novembre 2025, su Science e condotto da ricercatori del Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) e dell'Università di Chicago utilizza questi indizi per ricostruire la probabile composizione di Theia e identificare dove potrebbe essersi formata.

Nel nuovo studio, gli scienziati hanno misurato i rapporti di isotopi del ferro nelle rocce della Terra e della Luna con un livello di precisione mai raggiunto prima. Hanno analizzato 15 campioni dalla Terra e sei campioni lunari restituiti dalle missioni Apollo. I risultati erano coerenti con il lavoro precedente sugli isotopi di cromo, calcio, titanio e zirconio: la Terra e la Luna non mostrano differenze misurabili in questi rapporti.

Questa partita ravvicinata, tuttavia, non rivela direttamente com'era Theia. Modelli di collisione multipli potrebbero ancora produrre lo stesso risultato finale. In alcuni scenari, la Luna si forma principalmente dal materiale di Theia. In altri, la Terra primordiale contribuisce con la maggior parte del materiale, o i due corpi si mescolano così accuratamente che le loro singole firme non possono essere separate.

Per saperne di più su Theia, il team ha trattato il sistema Terra-Luna come un puzzle che potrebbe essere risolto all'indietro. 

Considerando le identiche firme isotopiche trovate in entrambi i corpi, hanno testato combinazioni di possibili composizioni di Theia, dimensioni e proprietà delle prime della Terra che avrebbero potuto produrre lo stato finale che osserviamo oggi.

La loro analisi includeva isotopi di ferro, cromo, molibdeno e zirconio. Ogni elemento fornisce informazioni su una diversa fase dello sviluppo planetario.

Molto prima della collisione con Theia, la prima Terra ha sperimentato un processo di differenziazione interna. Man mano che si formava il nucleo metallico della Terra, elementi come il ferro e il molibdeno migrarono verso l'interno e si concentrarono lì, lasciando il mantello con quantità molto inferiori. Il ferro che ora si trova nel mantello della Terra deve quindi essere arrivato dopo la formazione del nucleo, forse consegnato da Theia. Elementi come lo zirconio, che è rimasto nel mantello, registrano l'intera storia della formazione del pianeta.

Quando i ricercatori hanno confrontato tutte le combinazioni matematicamente possibili di Theia e delle prime composizioni della Terra, hanno scoperto che alcuni risultati erano altamente improbabili.

"Lo scenario più convincente è che la maggior parte degli elementi costitutivi della Terra e di Theia hanno avuto origine nel Sistema Solare interno. È probabile che la Terra e Theia siano stati vicini di casa" ha detto Timo Hopp, scienziato MPS e autore principale del nuovo studio

Il primo indizio della Terra può essere spiegato principalmente come un mix di tipi di meteoriti noti. 

Theia è diversa. I meteoriti provengono da regioni specifiche del Sistema Solare e agiscono come punti di riferimento per i materiali disponibili durante la formazione dei pianeti. Nel caso di Theia, i dati suggeriscono che la sua composizione non può essere completamente abbinata a gruppi di meteoriti noti. Invece, i risultati indicano che parte del materiale da costruzione di Theia proveniva da ancora più vicino al Sole rispetto alla regione di origine della Terra. Secondo i calcoli della squadra, Theia molto probabilmente formò l'interno dell’orbita terrestre, prima che i due corpi alla fine si scontrassero.

Fonte della storia:

Materiale fornito dal Max Planck Institute for Solar System Research.

Foto Credit: MPS / Mark A. Aglio

Dietro Le Lenti Oscure Del Cosmo

Ripercorrendo l’effetto del gravitational lensing sulla radiazione fossile, gli scienziati del team di Planck hanno ricostruito la distribuzione della materia oscura su tutto il cielo e nell’arco dell’intera storia dell’Universo.

«Elementare, mio caro Watson», avrebbe forse esclamato Sherlock Holmes innanzi al procedimento seguito dal team del telescopio spaziale ESA Planck per ricostruire la mappa della materia più inafferrabile che si conosca: l’elusiva materia oscura. Solo che, mentre il detective londinese usava la sua inseparabile lente come strumento, per far emergere dalla scena del delitto microscopici indizi, i cosmologi di Planck hanno seguito il processo inverso: hanno usato gli indizi per far emergere la lente. Un processo, assicurano, tutt’altro che elementare. Ma che ha portato a un risultato straordinario: la mappatura completa, a tutto cielo e in tre dimensioni – le due spaziali della mappa e quella temporale – della distribuzione della materia oscura nello spazio e nel tempo.

Il fenomeno della lente gravitazionale è ben noto agli astronomi, che lo usano da tempo per sondare gli oggetti più distanti: il percorso della luce emessa da una galassia distante, per esempio, attraversando nel suo viaggio verso di noi zone ad alta densità di materia, subisce una deviazione, dando nei casi più fortunati origine a un ingrandimento. Ecco così che la microscopica galassia, assumendo forme distorte come quella — notissima — del cosiddetto “anello di Einstein”, viene amplificata al punto da diventare visibile.

Ora, queste “lenti naturali” sono costituite nella maggior parte dei casi da densi agglomerati di materia oscura: materia che, pur essendo a tutt’oggi non rilevabile direttamente, esercita la sua attrazione gravitazionale su tutto ciò che la circonda e la sfiora. Non solo sulla luce proveniente da singole galassie e ammassi di galassie, dunque, ma anche sui fotoni primordiali, quelli appunto catturati da Planck nel corso della sua missione per ricostruire l’immagine del cosmo a 380mila anni dal Big Bang.

Eccoci così al ragionamento “elementare” seguito dagli scienziati di Planck: se le lenti gravitazionali di materia oscura alterano il percorso della luce primordiale, confrontando le differenze fra l’immagine originale e quella giunta fino a noi – vale a dire, la mappa della CMB, la cosmic microwave background radiation raccolta da Planck – dovrebbe essere possibile ricostruire dove si trovano, quelle lenti, e quale forma hanno. E poiché quelle “lenti” sono per lo più addensamenti di materia oscura, la ricostruzione dovrebbe corrispondere alla mappa della materia oscura nell’intero cosmo.

La distribuzione a tutto cielo della materia oscura nell’universo ricostruita da Planck. La zona grigia corrisponde alle emissioni di foreground galattici, qui oscurate perché troppo intense per essere rimosse. Crediti: ESA and the Planck Collaboration.

Certo, c’è un problema: grazie a Planck abbiamo sì l’immagine a valle delle lenti, ma quella originaria? Ebbene, si può almeno in parte inferire statisticamente, osservando le anomalie nella conformazione di alcuni cold spot, i punti freddi presenti nella mappa stessa, rispetto alla loro forma tipica. Operazione tutt’altro che semplice, però, e soggetta a un inevitabile “rumore statistico”, come spiega Karim Benabed, dell’Istituto di Astrofisica di Parigi: «Isolare l’effetto di gravitational lensing nella CMB è estremamente difficile, perché ciò che dobbiamo individuare è la deformazione di un segnale già di per sé assai poco strutturato. Siamo perciò costretti a far ricorso a metodi statistici, che ci consentono di individuare e sfruttare scostamenti minimali presenti nella forma della CMB per ricostruire il potenziale gravitazionale della struttura che ha causato queste distorsioni».

«È un po’ come cercare d’indovinare la conformazione del suolo, al di sotto di un terreno innevato, potendo osservare solo lo spesso strato di neve che lo copre. Parte di ciò che vedremmo sulla superficie bianca è conseguenza, in effetti, della conformazione del terreno o della presenza di pietre e altri oggetti al di sotto della neve. Tuttavia», mette in guardia Benabed, «potremmo anche notare altre caratteristiche causate da null’altro che dalla distribuzione non uniforme dello strato di neve stesso, e dedurne erroneamente che corrispondano a oggetti reali presenti al di sotto di esso».

Una mappa, dunque, da prendere con le molle, questa della distribuzione della materia oscura. Ma, in media, frutto di una ricostruzione assai accurata, garantiscono gli scienziati di Planck. E destinata a raggiungere gradi di accuratezza ancora maggiore una volta combinata con altre osservazioni, come sottolinea il project scientist di Planck Jan Tauber, dell’ESA: «La rilevazione del gravitational lensing della CMB su quasi tutto il cielo è un traguardo straordinario raggiunto da Planck: si tratta di un insieme di dati unico, che gli astronomi e i cosmologi studieranno per anni. In particolare, integrando i dati sul lensing gravitazionale ottenuto dalla CMB con quelli provenienti da sonde per lo studio di strutture a larga scala, come le survey di galassie, saremo in grado di approfondire la complessa relazione tra la distribuzione della materia oscura e di quella luminosa presenti nel nostro universo».

A cura di Marco Malaspina

Foto di apertura:
Effetto di lensing gravitazionale sulla radiazione di fondo cosmico a microonde. Crediti: ESA and the Planck Collaboration; C. Carreau

Fonte:
http://www.media.inaf.it/2013/04/02/planck-dark-matter/

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