Riassunto:
Quando una stella massiccia raggiunge la fine della sua vita, spesso lancia una grande quantità di materiale nello spazio sotto forma di esplosione di supernova. Questo materiale, creato dalla morte di una stella, può viaggiare per centinaia di anni luce per raggiungere i corpi vicini, tra cui la Terra e la Luna. Ora, un nuovo studio condotto da ricercatori dell’Università delle Hawaii a Manoa propone che il suolo lunare sulla superficie della luna possa preservare un record di esplosioni di supernova che abbracciano un periodo compreso tra 80 e 100 milioni di anni, o anche di più. I ricercatori hanno creato una serie di modelli matematici per reinterpretare questo periodo della storia cosmica a partire dal suolo lunare che è stato continuamente agitato.
Questo studio è stato completato da Emily Costello, ricercatrice presso l'Istituto di geofisica e planetologia dell'Università delle Hawaii, e dai suoi collaboratori. L'articolo in questione è stato pubblicato su "Physical Review Letters". Il nocciolo della ricerca non è semplicemente cercare la “polvere di stelle” nel suolo lunare, ma risolvere un problema più complesso: dopo che questi materiali provenienti dall’esplosione di stelle lontane arrivano sulla Luna, non rimangono per sempre dove sono caduti originariamente. Invece, vengono continuamente colpiti da meteoriti e asteroidi per decine di milioni di anni, e vengono scavati, sepolti, compattati e nuovamente mescolati. I ricercatori devono quindi costruire modelli in grado di ripristinare questo “caos” di vecchia data in una registrazione leggibile del tempo.
Rispetto alla Terra, la Luna ha un vantaggio molto speciale. I sedimenti marini sulla Terra possono anche preservare materiali radioattivi dallo spazio interstellare, ma a causa dell’influenza della sedimentazione marina, delle attività geologiche e di altri processi ambientali, i documenti rilevanti che possono essere fatti risalire risalgono solo a circa 10 milioni di anni fa. La Luna non ha atmosfera, oceani liquidi e tettonica a placche attiva. Sebbene i materiali sulla superficie siano costantemente colpiti dai meteoriti, non subiscono erosione e cicli geologici simili a quelli sulla Terra. Quindi la regolite lunare potrebbe effettivamente agire come un archivio cosmico a lungo termine, preservando materiale proveniente da esplosioni stellari lontane per decine di milioni di anni.
I ricercatori si sono concentrati specificamente su un processo noto come "aratura a impatto". La superficie lunare è stata a lungo bombardata da corpi di simulazione di diverse dimensioni, che vanno dalle minuscole particelle di polvere ai grandi asteroidi. Ogni impatto potrebbe scavare la superficie del suolo lunare e ribaltare verso l’alto i materiali più profondi. Dopo milioni o addirittura decine di milioni di anni di azione ripetuta, la struttura a strati originariamente relativamente chiara divenne gradualmente caotica. Pertanto, se oggi gli scienziati perforassero un nucleo del suolo lunare sulla Luna, anche se trovassero qualche isotopo radioattivo di una supernova, non potrebbero semplicemente presumere che la sua profondità corrisponda al momento in cui è arrivata sulla Luna.
Il team di Costello ha creato un modello stocastico unificato per descrivere il processo di trasporto del materiale nel suolo lunare come una competizione a lungo termine tra sepoltura e scavo. Da un lato, il nuovo suolo lunare continua a coprire e seppellire i materiali precedentemente depositati; d’altro canto, gli impatti dei meteoriti riesamineranno i materiali sotterranei e li mescoleranno con il suolo lunare ad altre profondità. Il modello tiene conto anche di fattori come la compattazione da impatto, lo scavo, il trasporto di materiale, l’erosione spaziale e il decadimento radioattivo, e aggiunge inoltre la situazione in cui le supernovae trasportano polvere interstellare nelle vicinanze del sistema solare sotto forma di impulsi.
Precedenti studi sui sedimenti delle profondità marine della Terra e sui campioni lunari del programma Apollo hanno fornito prove importanti del fatto che le esplosioni di supernova a centinaia di anni luce di distanza una volta trasportavano isotopi radioattivi sulla Terra e sulla Luna. Gli scienziati hanno scoperto che ci sono stati due eventi di deposizione di materiale di supernova relativamente chiari circa 2,3 milioni di anni fa e 7,3 milioni di anni fa. Dopo essere arrivati sulla Luna, i segnali isotopici lasciati da questi eventi sono stati gradualmente influenzati dall’aratura da impatto e sono stati ridispersi a diverse profondità.
I ricercatori hanno prima testato il modello utilizzando campioni del suolo lunare raccolti dalle missioni Apollo. I risultati mostrano che il modello può riprodurre in modo relativamente accurato la distribuzione effettiva degli isotopi radioattivi come il ferro-60 nel suolo lunare mentre cambia con la profondità. Le età degli isotopi rilevanti sono state precedentemente vincolate in modo indipendente dalle tracce dei raggi cosmici e da altri parametri di riferimento dei radionuclidi, fornendo così una base importante per la convalida del modello.
Dopo che il modello è stato verificato, i ricercatori hanno inserito ulteriormente nel modello la sequenza temporale stabilita degli eventi di supernova sulla Terra per simulare la distribuzione in profondità di questi materiali dalle esplosioni stellari dopo milioni di anni di impatto e aratura nel suolo lunare. Il gruppo di ricerca ha poi ampliato il modello a elementi più pesanti con potenziale valore di ricerca, tra cui plutonio-244, iodio-129, afnio-182 e curio-247, ecc., per prevedere che tipo di segnali chimici cosmici gli scienziati potrebbero trovare dopo aver ottenuto campioni nelle profondità della Luna in futuro.
Tra questi, il plutonio-244 ha attirato particolare attenzione a causa della sua lunga emivita, che teoricamente potrebbe aiutare gli scienziati a monitorare esplosioni stellari più distanti. L'ingresso di materia interstellare da diverse fonti e diverse scale temporali può formare diverse curve di concentrazione nel suolo lunare. Se si riuscissero a ottenere nuclei del suolo lunare sufficientemente profondi e ben conservati, gli scienziati potrebbero avere l’opportunità di distinguere tra un’esplosione breve e concentrata di supernova e un apporto prolungato e prolungato di materiale interstellare.
Ciò significa anche che la Luna potrebbe non solo preservare la storia geologica lunare con cui gli esseri umani hanno familiarità, ma anche preservare le registrazioni delle attività stellari che la regione del sistema solare ha sperimentato nelle ultime decine di milioni o addirittura centinaia di milioni di anni. In altre parole, alcuni degli atomi nel suolo lunare potrebbero provenire da stelle perdute da tempo, e le esplosioni di queste stelle sono avvenute prima che apparisse l’uomo o anche gran parte della vita moderna sulla Terra.
I ricercatori ritengono che le future missioni di esplorazione lunare saranno la chiave per verificare ulteriormente questa idea. Artemis prevede di inviare nuovamente gli astronauti sulla Luna in futuro e si prevede che raccoglierà campioni di suolo lunare più profondi e sistematici rispetto all'era Apollo. Se queste missioni riuscissero a ottenere nuclei di profondità sufficiente, i ricercatori potrebbero utilizzare il collaudato modello di “aratura ad impatto” per decodificare in modo inverso la distribuzione isotopica interrotta nel suolo lunare, recuperando così una storia più lunga di attività di supernova.
Costello ha affermato che nuovi campioni ottenuti dalla Luna in futuro, se combinati con questo modello, potrebbero rivelare la storia delle supernove nell'universo vicino agli esseri umani che non è mai stata registrata prima. Per gli scienziati, ciò che è veramente prezioso non è solo scoprire un certo elemento da una stella, ma usare la profondità, la concentrazione e le leggi di decadimento radioattivo di questi elementi per determinare quando sono arrivati sulla Luna, da che tipo di eventi stellari provengono e che tipo di ambiente galattico ha sperimentato il sistema solare negli ultimi tempi.
Questa ricerca ha causato anche un cambiamento piuttosto singolare nel valore della luna. Le rocce sulla Terra vengono costantemente rimodellate dagli agenti atmosferici, dalla sedimentazione, dalla fusione e dai movimenti delle placche. Sebbene i sedimenti oceanici possano preservare parte del materiale interstellare, è difficile fornire una documentazione continua di oltre decine di milioni di anni. La superficie lunare, che sembra costantemente colpita da meteoriti ed è disordinata, potrebbe in realtà essere solo un archivio naturale “disordinato”. Finché gli scienziati padroneggeranno le leggi fisiche corrette, sarà possibile recuperare informazioni temporali da questo caos.
Se il campionamento lunare profondo avrà successo in futuro, gli esseri umani potrebbero essere in grado di utilizzare un nucleo del suolo lunare per tracciare le tracce lasciate da antiche esplosioni di supernova e studiare ulteriormente i cambiamenti nell'ambiente stellare sperimentati dal sistema solare durante la sua lunga attività nella Via Lattea. Per quanto riguarda la Luna, questi materiali lasciati dalla morte di stelle lontane potrebbero essere rimasti dormienti lì per centinaia di milioni di anni, e gli esseri umani hanno appena iniziato a padroneggiare il metodo di lettura di questo archivio cosmico.
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