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Così nascono le comete

Così nascono le comete
Copyright Centre: ESA/Rosetta/NavCam – CC BY-SA IGO 3.0; Insets: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA; Fornasier et al. (2015); ESA/Rosetta/MPS for COSIMA Team MPS/CSNSM/UNIBW/TUORLA/IWF/IAS/ESA/BUW/MPE/LPC2E/LCM/FMI/UTU/L

Uno studio guidato da Björn Davidsson del Jet Propulsion Laboratory (JPL) e pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics analizza i dati raccolti dalla missione dell'ESA Rosetta su 67P/Churyumov-Gerasimenko per spiegare come e quando sono nate le comete.

Se questi corpi fossero formati da materiale primordiale allora, potrebbero aiutare a rivelare le proprietà della nebulosa solare da cui nacquero il Sole, i pianeti e gli oggetti minori 4,6 miliardi di anni fa. In alternativa, le comete potrebbero essere nate da un'aggregazione di frammenti originati dalle collisioni di oggetti trans-nettuniani ghiacciati (TNO).
"In entrambi i casi, le comete sarebbero state testimoni importanti dell'evoluzione del Sistema Solare e questo è il motivo per cui abbiamo deciso di effettuare misure dettagliate con Rosetta che, insieme alle osservazioni di altre comete, ci permettono di scoprire lo scenario più probabile", ha dichiarato nella press release Matt Taylor, project scientist all'ESA.

Durante la sua missione di due anni attorno a Chury, Rosetta ha trovato un corpo con bassa densità ed alta porosità, formato da due lobi con vaste stratificazioni le quali indicano che il materiale deve essersi accumulato nel corso del tempo prima della fusione.

La porosità insolitamente alta all'interno del nucleo suggerisce che la crescita non può essere scaturita da urti violenti che lo avrebbero invece compattato.
Studi precedenti avevano dimostrato che i due lobi erano in origine oggetti separati e la collisione / fusione era avvenuta molto lentamente. Il fatto che entrambe le parti abbiano stratificazione simili indica anche che devono essere state sottoposte a storie evolutive simili e che il tasso di sopravvivenza contro le collisioni catastrofiche deve essere stato alto per un periodo di tempo significativo.
Eventi di fusione potrebbero essersi verificati anche su scale più piccole: ad esempio, sono state individuate tre calotte sferiche nella regione Bastet, sul piccolo lobo, che potrebbero essere il resto di antiche aggregazioni. Su scala ancora più piccola, una particolare texture chiamata "pelle d'oca" potrebbe indicare piccoli eventi di accrescimento.

Ulteriori prove riguardano l'analisi spettrale della composizione della cometa da cui è emerso che la superficie non ha sperimento alterazioni dovute ad acqua allo stato liquido ma il nucleo è ricco di sostanze volatili come monossido di carbonio, ossigeno, azoto e argon.
Queste osservazioni implicano che le comete si devono formare in condizioni di freddo estremo, senza subire stress termici per la maggior parte della loro vita ed alcuni materiali congelati e supervolatili devono essersi accumulati lentamente e su un lungo periodo per sopravvivere.

"Mentre alcuni TNO più grandi ai confini del Sistema Solare sembrano essere stati riscaldati da sostanze radioattive, le comete non mostrano segni di questo trattamento termico. Abbiamo dovuto risolvere il paradosso prendendo in considerazione nuove idee", ha detto Björn.
Björn e colleghi suggeriscono che alcuni TNO più grandi devono essersi formati dalla nebulosa solare rapidamente entro il primo milione di anni, aiutati dai flussi di gas turbolenti che ne hanno accelerato la crescita. Circa tre milioni di anni dopo la nascita del Sistema Solare, il gas era scomparso lasciando solo materiale solido. Poi, in un periodo di oltre 400 milioni di anni, la flotta di TNO deve essere maturata ulteriormente  tramite un lento accrescimento, formando anche corpi delle dimensioni di Plutone. Ma nel frattempo, le comete hanno preso una strada diversa.

Dopo la rapida fase di crescita iniziale dei TNO, i grani ghiacciati rimanenti nella parte più fredda della nebulosa solare hanno iniziato ad aggregarsi a bassa velocità, formando comete poco dense e porose grandi circa 5 chilometri. Questa lenta evoluzione ha permesso ai corpi di conservare i materiali più antichi e sostanze volatili.
Successivamente, i TNO più grandi hanno mescolato le orbite cometarie facendo aggregare ulteriore materiale stratificato attorno ai nuclei per i successivi 25 milioni di anni, favorendo anche la natura bi-lobata di alcuni corpi con eventuali processi di fusione.
"Pensiamo che le comete siano nate dolcemente all'ombra dei TNO sopravvivendo sostanzialmente integre per 4,6 miliardi di anni", ha concluso Björn.

Come sono nate le comete

The primordial nucleus of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko [abstract]

Context. We investigate the formation and evolution of comet nuclei and other trans-Neptunian objects (TNOs) in the solar nebula and primordial disk prior to the giant planet orbit instability foreseen by the Nice model.

Aims. Our goal is to determine whether most observed comet nuclei are primordial rubble-pile survivors that formed in the solar nebula and young primordial disk or collisional rubble piles formed later in the aftermath of catastrophic disruptions of larger parent bodies. We also propose a concurrent comet and TNO formation scenario that is consistent with observations.

Methods. We used observations of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko by the ESA Rosetta spacecraft, particularly by the OSIRIS camera system, combined with data from the NASA Stardust sample-return mission to comet 81P/Wild 2 and from meteoritics; we also used existing observations from ground or from spacecraft of irregular satellites of the giant planets, Centaurs, and TNOs. We performed modeling of thermophysics, hydrostatics, orbit evolution, and collision physics.

Results. We find that thermal processing due to short-lived radionuclides, combined with collisional processing during accretion in the primordial disk, creates a population of medium-sized bodies that are comparably dense, compacted, strong, heavily depleted in supervolatiles like CO and CO2; they contain little to no amorphous water ice, and have experienced extensive metasomatism and aqueous alteration due to liquid water. Irregular satellites Phoebe and Himalia are potential representatives of this population. Collisional rubble piles inherit these properties from their parents. Contrarily, comet nuclei have low density, high porosity, weak strength, are rich in supervolatiles, may contain amorphous water ice, and do not display convincing evidence of in situ metasomatism or aqueous alteration. We outline a comet formation scenario that starts in the solar nebula and ends in the primordial disk, that reproduces these observed properties, and additionally explains the presence of extensive layering on 67P/Churyumov-Gerasimenko (and on 9P/Tempel 1 observed by Deep Impact), its bi-lobed shape, the extremely slow growth of comet nuclei as evidenced by recent radiometric dating, and the low collision probability that allows primordial nuclei to survive the age of the solar system.

Conclusions. We conclude that observed comet nuclei are primordial rubble piles, and not collisional rubble piles. We argue that TNOs formed as a result of streaming instabilities at sizes below ~400 km and that ~350 of these grew slowly in a low-mass primordial disk to the size of Triton, Pluto, and Eris, causing little viscous stirring during growth. We thus propose a dynamically cold primordial disk, which prevented medium-sized TNOs from breaking into collisional rubble piles and allowed the survival of primordial rubble-pile comets. We argue that comets formed by hierarchical agglomeration out of material that remained after TNO formation, and that this slow growth was a necessity to avoid thermal processing by short-lived radionuclides that would lead to loss of supervolatiles, and that allowed comet nuclei to incorporate ~3 Myr old material from the inner solar system.

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Elisabetta Bonora

Sono una image processor e science blogger appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro.
Dal 2009 elaboro le immagini raw delle missioni spaziali insieme a Marco Faccin ed ho creato questo blog ad agosto 2012, in occasione dello sbarco del rover Curiosity su Marte.
Per lavoro mi occupo di digital advertising, web e video analytics presso Shiny (SV – Italia) ma passo la maggior parte del tempo libero su questo sito e tra i cataloghi delle foto scattate dalle sonde e dai rover inviati nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

Sito web: https://twitter.com/EliBonora
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