Uno studio recente pubblicato da Guy Leckenby e colleghi, intitolato “High-temperature 205Tl decay clarifies 205Pb dating in early Solar System“, getta nuova luce sulla storia della formazione del Sistema Solare. Utilizzando tecniche avanzate di misurazione del decadimento nucleare, il team di ricercatori ha risolto una lunga controversia scientifica sulla datazione del piombo radioattivo ^205Pb e, di conseguenza, ha fornito nuove informazioni sul luogo di nascita del Sole.
Il mistero del ^205Pb e il ruolo delle stelle AGB
Nel primo Sistema Solare, la presenza di isotopi radioattivi di breve durata, come il ^205Pb, rappresenta una firma distintiva delle condizioni e degli eventi nucleosintetici che avvenivano al momento della formazione del Sole. Questi nuclei, con tempi di decadimento dell’ordine di milioni di anni, sono prodotti attraverso processi nucleari che coinvolgono catture lente di neutroni (n-processi lenti, o processo s), tipici delle stelle di ramo asintotico delle giganti (AGB). Tuttavia, uno dei problemi principali nello studio dell’evoluzione del Sistema Solare risiede nella difficoltà di prevedere con precisione l’abbondanza di ^205Pb nei meteoriti, a causa dell’incertezza nei tassi di decadimento sia del ^205Pb che del suo precursore, il ^205Tl.
Misurare il decadimento β− dello stato legato del ^205Tl: una svolta nella fisica nucleare
Leckenby e colleghi hanno risolto questo problema misurando per la prima volta il decadimento β− dello stato legato dell’isotopo altamente carico ^205Tl81+, una modalità di decadimento esotica che si verifica solo in ioni privi di molti degli elettroni esterni. Questo tipo di decadimento, noto come “decadimento β− dello stato legato“, avviene solo in condizioni di alta carica ionica, come quelle presenti in ambienti stellari estremi.
La misurazione ha portato a una scoperta sorprendente: la vita media del ^205Tl81+ è risultata essere 4,7 volte più lunga di quanto previsto dai modelli teorici precedenti. Questo risultato ha permesso di ridurre del 10% l’incertezza associata ai tassi di decadimento di questo isotopo, eliminando così uno dei principali ostacoli nella stima accurata dell’abbondanza di ^205Pb nei meteoriti primitivi.
Modelli stellari AGB e la nascita del Sistema Solare
Con i nuovi tassi di decadimento del ^205Tl aggiornati grazie ai dati sperimentali, il team ha utilizzato modelli stellari AGB per calcolare la produzione di ^205Pb. Le stelle di ramo asintotico delle giganti (AGB) sono note per essere fucine di nucleosintesi, producendo molti isotopi attraverso il processo s. I modelli utilizzati dai ricercatori hanno permesso di simulare con precisione la sintesi del ^205Pb in queste stelle, tenendo conto del contributo delle AGB di diversa massa e metallicità.
Evoluzione chimica galattica e confronto con i meteoriti
Utilizzando un modello di evoluzione chimica galattica di base (GCE), Leckenby e il suo team hanno propagato i valori calcolati per la produzione di ^205Pb e li hanno confrontati con il rapporto isotopico ^205Pb/^204Pb osservato nei meteoriti. I meteoriti più antichi del Sistema Solare, noti come condriti carbonacee, contengono tracce di isotopi radioattivi di breve durata, che rappresentano una “capsula del tempo” degli elementi presenti durante la formazione del Sole.
Il confronto tra i dati osservativi e i modelli ha rivelato che il tempo di isolamento del materiale solare all’interno della sua nube molecolare genitrice è stato positivo, suggerendo che la nube da cui ha avuto origine il Sole era una nube molecolare gigante e longeva. Questo risultato è coerente con le evidenze fornite da altri nuclei radioattivi di breve durata, come il ^60Fe e il ^26Al, che sono associati al processo s e che sono stati trovati nei meteoriti primitivi.
Implicazioni per la cronologia del Sistema Solare
I risultati di questo studio offrono nuove possibilità per la datazione del primo Sistema Solare, utilizzando il sistema di decadimento ^205Pb–^205Tl come cronometro preciso. La riduzione dell’incertezza nei tassi di decadimento del ^205Tl ha permesso di migliorare significativamente l’accuratezza delle stime temporali, fornendo una datazione più precisa degli eventi che hanno segnato i primi milioni di anni di vita del nostro sistema planetario.
In particolare, la conferma di un ambiente di nascita in una nube molecolare gigante rafforza l’idea che il Sole si sia formato in un’area ricca di materiale interstellare, che ha facilitato la nucleosintesi e la successiva incorporazione di isotopi radioattivi nei corpi planetari.
Un nuovo sguardo sulla formazione del Sole
Lo studio di Leckenby e colleghi rappresenta un significativo passo avanti nella comprensione della storia del Sistema Solare. La misurazione del decadimento β− del ^205Tl81+ non solo ha risolto una lunga controversia scientifica, ma ha anche aperto nuove possibilità per la datazione precisa degli isotopi radioattivi nei meteoriti. Questo risultato conferma che il luogo di nascita del Sole è stata una nube molecolare gigante e longeva, e supporta l’uso del sistema di decadimento ^205Pb–^205Tl come un potente strumento per lo studio del primo Sistema Solare.
Con i nuovi dati sperimentali e le analisi avanzate, gli scienziati sono ora meglio equipaggiati per rispondere a domande fondamentali sulla formazione delle stelle e dei pianeti, avvicinandosi a una comprensione più completa dell’origine del nostro stesso sistema planetario.
