Un nuovo ingrediente nella ricetta del sistema solare

Un gruppo di ricercatori è riuscito a confermare definitivamente la presenza del curio nel giovane sistema solare, ponendo fine a un dibattito che si protraeva ormai da 35 anni sul possibile coinvolgimento di questo elemento nella formazione della nostra casa celeste. La scoperta potrebbe far luce sui meccanismi che regolano l'evoluzione stellare e la sintesi di nuovi elementi.

"Il curio è un elemento molto elusivo," spiega Francois Tissot del Massachusetts Institute of Technology. "È uno degli elementi più pesanti conosciuti, tuttavia non si trova in natura poiché tutti i suoi isotopi sono radioattivi e decadono rapidamente rispetto alla scala geologica temporale."

In rosa, un'inclusione simile a Curious Marie. Image credit: Origins Lab at the University of Chicago

Nonostante ciò, i ricercatori sono riusciti a identificare lo sfuggente elemento nell'inclusione soprannominata "Curious Marie", prelevata dall'interno di una condrite carbonacea. I ricercatori sospettano che il curio sia stato intrappolato nell'inclusione dopo essersi condensato dalla nube di gas da cui si formò il proto-Sole, all'alba del sistema solare.

Sulla Terra, il curio, scoperto nel 1944 bombardando particelle alfa contro atomi di plutonio, esiste solamente come prodotto artificiale o come prodotto di esplosioni nucleari. Tuttavia, in passato potrebbe essere stato prodotto da massicce esplosioni stellari avvenute prima della formazione del sistema solare.

"La possibile presenza del curio nel giovane sistema solare è sempre stata molto interessante, poiché spesso possiamo usare gli elementi radioattivi come cronometri per datare le età relative dei meteoriti e dei pianeti," spiega Nicolas Dauphas dell'Università di Chicago.

Il più stabile radioisotopo del curio è il curio-247, che decade in uranio-235. In linea generale, un campione di materiale più antico dovrebbe presentare quantità maggiori di uranio-235 rispetto a un campione più recente, se è vero che il curio-247 fosse presente, seppur in piccole quantità, nel giovane sistema solare.

"L'idea è semplice, tuttavia, per quasi 35 anni, gli scienziati hanno discusso della presenza del curio-247 nella formazione del sistema solare," aggiunge Tissot.

Nei primi anni '80, una serie di misurazioni avevano individuato grandi eccessi di uranio-235 in molte inclusioni meteoritiche. Tuttavia, ulteriori analisi condotte nei laboratori del Caltech avevano dimostrato che i risultati raccolti in precedenza erano con ogni probabilità falsi. Gli scienziati hanno dovuto aspettare fino alla progettazione di un nuovo, più avanzato spettrometro di massa - prodotto per la prima volta nel 2010 - per avere delle risposte definitive.

"Era un importante passo in avanti, ma gli eccessi misurati erano talmente piccoli da poter essere spiegati con altri processi," prosegue Tissot.

I modelli prevedono che il curio-247 scarseggiasse già nel giovane sistema solare: in un minerale o in un'inclusione già ricca di uranio naturale, dunque, l'eccesso di uranio-235 prodotto dal decadimento del curio-247 sarebbe praticamente impossibile da identificare con certezza. Gli scienziati si sono dunque messi alla ricerca di un'inclusione povera in uranio ma con elevate probabilità di aver incorporato grandi quantità di curio in passato.

Grazie all'aiuto di Lawrence Grossman dell'Università di Chicago, i ricercatori sono stati in grado di identificare un'inclusione ricca di calcio e alluminio. Queste inclusioni, note come CAI, sono caratterizzate dalla scarsità di uranio naturale e da forti concentrazioni di curio - esattamente ciò che gli scienziati cercavano.

"In questo campione abbiamo identificato un eccesso di uranio-235 senza precedenti," spiega Tissot. "Tutti i campioni naturali hanno una composizione isotopica d'uranio simile, ma l'uranio in Curious Marie ha il 6% in più di uranio-235, una misurazione che può essere spiegata solamente dalla presenza di curio-247 nel giovane sistema solare."

A partire dalle loro misurazioni, gli scienziati sono riusciti a risalire alla quantità relativa di curio-247 nel sistema solare rispetto ad altri elementi pesanti radioattivi, tra cui lo idio-129 e il plutonio-244. I risultati suggeriscono che tutti questi isotopi possano essere stati prodotti dagli stessi processi stellari.

"Questo risultato è particolarmente importante perché indica che, con generazioni consecutive di stelle che muoiono e sputano gli elementi che hanno prodotto nella galassia, gli elementi più pesanti sono prodotti assieme," aggiunge Dauphas, "mentre studi precedenti erano giunti a conclusioni opposte."

Image credit: François L.H. Tissot