Leggere l’universo con un barometro cosmico

Cassiopea A, i resti una stella esplosa in una supernova. Crediti: NASA/JPL-Caltech/CXC/SAO

Potrebbe sembrare impossibile, eppure alcuni ricercatori dell’Imperial Collage di Londra hanno sviluppato un barometro cosmico che potrà fornire informazioni sui principali eventi violenti avvenuti agli albori dell’Universo. Esplosioni di stelle, impatti con comete, asteroidi e meteoriti, oppure due corpi che si sono appena sfiorati creando aree di grande calore e alta pressione. Tutti questi eventi possono essere studiati con il nuovo metodo sviluppato per misurare la pressione a cui sono stati sottoposti pezzi di materiale organico espulso da stelle morenti prima di cominciare un lungo viaggio nello spazio. Gli studiosi affermano che esiste un certo numero di strutture chiave che possono essere utilizzate per rivelare la formazione e la storia della materia organica nel cosmo. Per esempio, la predisposizione di sostanza organica al calore è ben documentata e le stabilità termica relativa a differenti isomeri può essere utilizzata come “cosmo termometro”.

I ricercatori hanno studiato, infatti, un tipo di idrocarburo aromatico chiamato dimetilnaftalene, che dovrebbe consentire loro di identificare eventi violenti nella storia dell’Universo. Questi tipi di idrocarburi sono dei combustibili molto complessi perché composti da due o più anelli aromatici, molecole pesanti con cinquanta o più atomi di carbonio. Campioni di dimetilnaftalene sono stati trovati nei meteoriti e in passato gli esperti hanno potuto studiare solo la loro reazione al calore. I ricercatori affermano, sullo studio pubblicato su The Astrophysical Journal, che il loro metodo consente di capire in che periodo i dimetilnaftaleni hanno subito l’alta pressione e ciò permette un’analisi più completa dei materiali organici nel cosmo.

Uno dei tre autori della ricerca è Wren Montgomery, che ha detto: “La capacità di rilevare ambienti ad alta pressione nello spazio ha enormi implicazioni per la nostra capacità di capire meglio la formazione del nostro Sistema solare e dell’Universo”. A Media INAF, la ricercatrice ha detto che gli idrocarburi aromatici “indicano quali contributi dà la fabbrica cosmica alla produzione di materia organica. Esaminando la distribuzione e le strutture degli idrocarburi aromatici indaghiamo e studiamo lo specifico processo che ha portato alla loro origine”. Nello specifico i ”dimetilnaftaleni si comportano come dei microscopici barometri e termometri e registrano le variazioni di pressione e calore mentre viaggiano nello spazio. La comprensione di questi cambiamenti ci permette di studiare la loro storia, e con questo, la storia della nostra galassia”, ha detto Montgomery. 

Come è stata effettuata la ricerca? Nei laboratori Swiss Light Source, presso il Paul Scherrer Institut gli esperti hanno posizionato un campione di dimetilnaftalene, più o meno dallo spessore di un capello umano, in una morsa tra due estremità realizzate con una gemma simile al diamante. In seguito hanno esercitato la stressa pressione che l’idrocarburo troverebbe nello spazio e usando una luce a infrarossi è stato possibile determinare le alterazioni che si verificano nella struttura molecolare del dimetilnaftalene. Applicando diverse tipologie di pressioni, il team guidato da Montgomery ha potuto variare i cambiamenti nella nella struttura molecolare del combustibile, studiando ciò che potrebbe accadere nella nostra galassia a materiale organico espulso dalle stelle. I ricercatori hanno replicato i loro esperimenti anche con il sincrotone SOLEIL in Francia.

Il team di ricerca adesso cerca nuovi laboratori dove portare il loro esperimento, per testare anche altri tipi di idrocarburi aromatici e altre gamme di pressione nello spazio. Il dimetilnaftalene, infatti, non è detto che sia presente in tutti i campioni di roccia che vengono dallo spazio: è importante, quindi, costruire un catalogo completo di tutti gli idrocarburi aromatici e capire di più sulle diverse zone di alta pressione. Il catalogo potrebbe essere utile in futuro agli scienziati che si occupano di individuare i marcatori molecolari nei loro campioni che indicano una particolare pressione. Montgomery ha aggiunto: “Alta pressione e temperature elevate possono condurci all’esatta origine della materia organica e rivelare i principali processi operativi degli idrocarburi aromatici nei meteoriti e nelle comete. Con il nostro nuovo strumento la storia del carbonio cosmica verrà compresa meglio”.

Combinando, poi, dati provenienti dalla mineralogia e dalla chimica delle rocce spaziali, che racchiudono gli idrocarburi aromatici, gli scienziati potrebbero dedurre i tipi di eventi violenti di cui il campione è stato testimone molti milioni o miliardi di anni fa, nel suo cammino verso la Terra. Questo metodo, secondo i ricercatori, potrebbe essere d’aiuto anche ai team di esperti che si occupano di Marte, utilizzando la tecnologia che è stata inviata sul Pianeta rosso per studiare il materiale, si spera organico, che si cerca tra le rocce.

Per saperne di più:

Leggi lo studio su Astrphysical Journal: “An organic cosmo-barometer: distinct pressure and temperature effects for methyl substituted polycyclic aromatic hydrocarbons”, di Wren Montgomery, Jonathan S. Watson e Mark A. Sephton

Fonte: Media INAF | Scritto da Eleonora Ferroni