Il regalo della Befana: carbonio

 

Viviamo in tempi interessanti, non solo perché è finito da un pezzo il vecchio ordine mondiale, ma anche per quanto riguarda la ricerca astrofisica. I vecchi lettori del blog lo sanno che manifesto un certo dilettevole interesse per ciò che accade nel resto dell’universo, nella speranza venga scoperto un esopianeta dove non esistano per esempio rettiliani alla Elon Musk e dunque dove possa trasferirmi stabilmente.

Le nuove generazioni di telescopi consentono osservazioni che solo pochi anni fa erano considerate impensabili. Tra queste, la scoperta di esopianeti che attualmente vengono scoperti a un ritmo che nemmeno il Capitano Kirk è riuscito a eguagliare. Alcuni lustri or sono si conoscevano solo poche centinaia di esopianeti, ora ne contiamo diverse migliaia.

Negli anni ‘90 si riteneva (non Giordano Bruno, né io) che le stelle con pianeti orbitanti attorno fossero un’eccezione; le conoscenze attuali suggeriscono che i sistemi planetari siano molto comuni e che la maggior parte delle stelle abbia pianeti. Tra tutti questi pianeti, sono stati scoperti alcuni dei mondi più avventurosi.

Infatti, oggi siamo in grado di vedere anche pianeti di piccole e medie dimensioni e, in alcuni casi, di catturarne e analizzarne la luce, perché non siamo più limitati alla rilevazione indiretta attraverso perturbazioni orbitali causate da pianeti molto massicci in orbita attorno alle stelle.

Tutto andava liscio fino a quando è stato individuato un pianeta chiamato PSR J2322–2650b. È uno dei pochi pianeti finora scoperti che orbita attorno a una pulsar. Le pulsar sono i resti di stelle estremamente massicce già esplose. Questi resti sono così compatti che possono essere considerati un gigantesco nucleo atomico. Se sono fortemente magnetizzati, emettono fasci di luce intensi e rotanti con un angolo stretto, simili a un faro, che osserviamo come segnali pulsati.

Di solito, durante un’esplosione stellare, e com’è facile intuire, i pianeti vengono espulsi dalle loro orbite e a volte espulsi dal sistema. Il fatto che una tale ex stella diventata una pulsar abbia pianeti è di per sé un’interessante curiosità. È ipotizzabile che PSR J2322–2650b sia il resto di una stella la cui massa è stata assorbita dalla pulsar vicina fino a quando essa stessa non ha cessato di brillare. Simili processi di assorbimento sono stati osservati diverse volte in precedenza.

Ancora più interessante è la composizione chimica di PSR J2322–2650b: un’analisi spettrale condotta utilizzando il telescopio spaziale James Webb (JWST) ha rivelato che questo pianeta è costituito quasi interamente da carbonio. Il carbonio in sé non è un elemento particolarmente raro.

Se la sig.ra Befana tanti anni fa mi ha portato in dono il kit del piccolo chimico, ciò non è stato vano, salvo che non furono preventivamente informati i pompieri, da qui l’increscioso incidente dell’incendio del nostro garage. Al dunque: elementi fino al numero atomico 26 (ferro) vengono creati attraverso processi di fusione nucleare stellare: il peso di una stella costringe diversi nuclei atomici a essere così vicini tra loro da fondersi, rilasciando una grande quantità di energia. Gli elementi appena formati possono fondersi nuovamente per formare elementi ancora più pesanti, e così via. Più una stella è massiccia, più pesanti sono gli elementi che può produrre in questo modo.

Conosciamo diverse catene di reazioni nucleari che possono spiegare abbastanza bene la composizione di pianeti e stelle normali. Con il ferro, esiste un limite naturale, poiché la fusione del ferro consuma energia invece di rilasciarla. Tutti gli altri elementi vengono creati o in complesse interazioni di onde d’urto durante esplosioni stellari o artificialmente in laboratori o acceleratori di particelle (seppur in quantità estremamente piccole e incredibilmente costose).

Il carbonio può effettivamente essere prodotto nei processi di fusione nucleare stellare, ma questi processi in genere producono anche altri elementi più leggeri come l’ossigeno e l’azoto, che poi formano composti chimici con il carbonio presente nell’atmosfera del pianeta, come l’anidride carbonica. Tutte cose che è tempo perso spigare ai testimoni di Geova quando vi suonano il campanello di casa.

Tuttavia, sono state osservate le linee spettrali di molecole di carbonio puro come C2 e C3 (forme molecolari diverse dagli allotropi: diamanti, grafite, ecc.), che si formano solo quando non sono presenti sufficienti altri reagenti chimici. Anche se il pianeta fosse il residuo di una stella cannibalizzata, questa concentrazione di carbonio sarebbe inspiegabile. La composizione inspiegabile potrebbe indicare nuovi processi di fusione nucleare precedentemente considerati impossibili o improbabili. Tuttavia, tutti i percorsi di fusione alternativi esistenti che producono livelli particolarmente elevati di carbonio possono essere esclusi, perché anche questi non sarebbero in grado di generare una tale concentrazione di carbonio.

Eh, bel rompicapo. Si tratta di verificare se esistono altre atmosfere planetarie simili analizzando spettralmente altre pulsar, poiché questo chiarirebbe almeno se PSR J2322– 2650b sia un’anomalia o una classe generalizzabile di esopianeti che semplicemente non erano stati scoperti prima. In ogni caso, questo mondo nero come il carbone rappresenta un enigma difficile da risolvere, anche con il kit del piccolo chimico.