I primi pianeti rocciosi potevano nascere già 100 milioni di anni dopo il Big Bang

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La formazione dei pianeti simili alla Terra potrebbe essere iniziata molto prima di quanto indicassero i modelli tradizionali. Nuove simulazioni coordinate da ricercatori dell’Università di Portsmouth mostrano che i primi planetesimi, cioè i corpi solidi destinati a diventare i mattoni dei pianeti, potevano formarsi appena 100 milioni di anni dopo il Big Bang. Non si tratta della scoperta osservativa di un pianeta già esistente, ma del risultato di una catena di calcoli che ricostruisce le condizioni fisiche presenti all’alba cosmica, prima ancora della nascita delle prime galassie.

Le simulazioni collocano la nascita dei primi planetesimi in dischi attorno a stelle leggere, molto prima della comparsa delle prime galassie. Immagine illustrativa generata con intelligenza artificiale.

port.ac.uk

Il passaggio decisivo è legato alle prime stelle dell’universo, molto più massicce del Sole e appartenenti alla cosiddetta Popolazione III. Al termine della loro vita, alcune esplosero come supernove a instabilità di coppia, eventi capaci di espellere nello spazio oltre cento masse solari di elementi pesanti. Carbonio, ossigeno e ferro non erano presenti in quantità rilevanti subito dopo il Big Bang: furono prodotti nei nuclei stellari e poi dispersi nelle nubi di gas circostanti. Proprio questo arricchimento chimico avrebbe reso possibile la comparsa di polveri e aggregati solidi.

Nel modello esaminato, una nube densa nata dai resti di una supernova collassa sotto l’azione della gravità e forma una stella di piccola massa, destinata a vivere molto più a lungo rispetto alle prime stelle giganti. Attorno a questo oggetto si sviluppa un disco protoplanetario. La simulazione produce diverse masse terrestri di planetesimi tra circa 0,5 e 1 unità astronomica dalla stella, una regione confrontabile con quella occupata dai pianeti rocciosi del Sistema Solare. Il risultato indica quindi che la materia solida poteva concentrarsi in un ambiente adatto ai primi passi dell’accrescimento planetario.

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Un elemento particolarmente significativo è la presenza di acqua nel disco. I planetesimi simulati si formano entro la linea della neve, il confine oltre il quale l’acqua può conservarsi soprattutto sotto forma di ghiaccio. Il disco possiede una frazione d’acqua soltanto di alcune volte inferiore a quella stimata per il Sistema Solare attuale. Questo non dimostra che quei corpi fossero abitabili, né che la vita sia comparsa così presto, ma suggerisce che una delle risorse considerate importanti per la chimica planetaria poteva essere disponibile già nelle prime fasi della storia cosmica.

Il risultato si collega a una ricerca precedente dello stesso gruppo sull’origine dell’acqua. Le simulazioni pubblicate nel 2025 avevano indicato che molecole d’acqua potevano formarsi tra 100 e 200 milioni di anni dopo il Big Bang, quando l’ossigeno prodotto dalle prime supernove reagiva con l’idrogeno. La produzione non sarebbe stata uniforme: le concentrazioni più elevate si sarebbero raggiunte nei nuclei densi delle nubi molecolari, proprio le strutture che possono collassare e generare nuove stelle e dischi di gas e polveri.

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La cronologia è l’aspetto più sorprendente. In precedenza si riteneva che la formazione planetaria fosse diventata importante soltanto dopo un lungo arricchimento chimico del cosmo, quando le galassie avevano già avuto il tempo di svilupparsi. Il nuovo scenario sposta molto indietro il possibile avvio del processo: i primi ambienti capaci di produrre planetesimi potrebbero essere esistiti in aloni gassosi isolati, ancora privi di una galassia strutturata. Le prime galassie non sarebbero quindi necessariamente il punto di partenza assoluto della costruzione dei pianeti.

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È importante distinguere ciò che le simulazioni dimostrano da ciò che lasciano aperto. Il lavoro indica che le condizioni fisiche per produrre planetesimi rocciosi e acqua potevano verificarsi molto presto, ma non calcola l’intera evoluzione verso pianeti completi, atmosfere stabili o biosfere. Anche la sopravvivenza di questi sistemi resta una questione complessa: radiazione intensa, nuove esplosioni stellari e interazioni gravitazionali potevano alterare o distruggere i dischi appena formati. L’ipotesi di mondi potenzialmente abitabili è dunque una prospettiva di ricerca, non una conclusione già verificata.

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Un disco protoplanetario ricco di polveri e acqua avrebbe potuto nascere dai resti delle prime supernovae, offrendo materia prima ai futuri pianeti rocciosi. Immagine illustrativa generata con intelligenza artificiale.

La scelta delle stelle leggere è centrale perché questi oggetti possono vivere per tempi molto lunghi, offrendo ai planetesimi la possibilità di aggregarsi gradualmente. Il progetto di ricerca prevede ulteriori calcoli sulle collisioni tra corpi solidi, sull’attrito esercitato dal gas del disco e sul modo in cui l’acqua può legarsi alla polvere. Gli autori indicano inoltre la possibilità di cercare sistemi antichi e poveri di metalli attraverso future osservazioni di esopianeti. Individuare oggi un pianeta attorno a una stella estremamente vecchia sarebbe difficile, ma fornirebbe un test diretto dello scenario.

Perché il risultato cambia la storia dei pianeti rocciosi

Il valore del risultato non sta soltanto nell’aver anticipato una data, ma nell’aver collegato in una stessa sequenza supernove, acqua, polveri e nascita stellare. Per molto tempo l’universo primordiale è stato descritto come un ambiente dominato quasi esclusivamente da idrogeno ed elio, con pochi elementi capaci di costruire superfici solide. Le simulazioni mostrano invece che una singola generazione di stelle massicce poteva modificare rapidamente la chimica locale. L’esplosione non rappresentava soltanto la fine della stella: diventava anche il meccanismo che seminava il materiale per nuovi sistemi planetari. L’interpretazione deve però restare prudente. La presenza di carbonio, ossigeno, ferro e acqua non equivale alla presenza di una Terra già pronta. Significa che alcuni ostacoli chimici iniziali potevano essere superati in tempi sorprendentemente brevi. La successiva evoluzione dipendeva dalla quantità di materia, dalla stabilità del disco, dalle orbite e dall’ambiente radiativo. Il risultato amplia quindi la finestra temporale della possibile formazione planetaria, senza stabilire quando sia comparsa la vita.

Cosa resta da verificare sull’alba dei primi sistemi planetari

Il passaggio successivo sarà capire quanto lo scenario sia frequente. Le simulazioni finora analizzano casi rappresentativi, non l’intera varietà delle prime supernove e delle nubi da esse investite. Cambiando la massa della stella progenitrice, l’energia dell’esplosione, la densità del gas e la quantità di metalli espulsi, potrebbero cambiare sia la produzione d’acqua sia la capacità del disco di conservare la materia solida. Sarà inoltre necessario seguire per tempi più lunghi la crescita dei planetesimi, fino a verificare se possano davvero trasformarsi in pianeti rocciosi. Sul piano osservativo, il limite principale è la distanza. Le prime stelle e i loro eventuali sistemi si trovano a redshift elevatissimi e non sono facilmente riconoscibili come singoli oggetti. I telescopi di nuova generazione potranno però cercare firme indirette nelle galassie più antiche, nelle abbondanze chimiche delle stelle povere di metalli e nelle righe dell’acqua emesse da ambienti remoti. Solo il confronto tra modelli e osservazioni potrà stabilire se la formazione planetaria a 100 milioni di anni dal Big Bang fosse un’eccezione rara oppure un processo più comune di quanto ipotizzato.