Venerdì 24 Novembre 2017
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Ultime su "Rama", anzi 'Oumuamua In evidenza

A sinistra, curva di luce di 1I registrata il 30 Ottobre, a destra: in alto una immagine dell'oggetto e la sua elaborazione, in basso la luminosità in funzione della distanza dal centro.
A sinistra, curva di luce di 1I registrata il 30 Ottobre, a destra: in alto una immagine dell'oggetto e la sua elaborazione, in basso la luminosità in funzione della distanza dal centro. M. Knight et al., ApJ preprint (Processing: M. Di Lorenzo)

L'intruso interstellare che ci ha fatto visita nelle settimane scorse ha ora un nome ufficiale e forse un luogo d'origine. Di sicuro, si tratta di una scoperta fondamentale che sconvolge le nostre conoscenze.

Nota del 14 Novembre: dati ancora aggiornati (e più precisi) nel paragafo "osservazioni" , segnalati in corsivo sottolineato 

Nota del 13 Novembre:  nel paragrafo sull'origine, sono stati aggiunti nuovi risultati (in rosso).

 E' ormai lontano oltre 130 milioni di km dalla Terra e si sta allontanando a quasi 63 km/s, diventando a malapena visibile solo con i più grandi telescopi (la sua magnitudine apparente è oltre 24); eppure, se ne fa ancora un gran parlare. Ci riferiamo naturalmente a A/2017 U1, il primo oggetto su orbita iperbolica di chiara provenienza interstellare, di cui avevamo parlato una settimana fa, aggiungendo poi svariati aggiornamenti. Adesso ci sono talmente tante novità da doverci dedicare un altro articolo.

Il nome

 La prima grossa notizia riguarda il nome: finora non esisteva una sigla o un sistema di nomenclatura apposito per identificare un oggetto di provenienza interstellare e in effetti la designazione provvisoria è riferita a un asteroide (precedentemente ad una cometa) appartenente al sistema solare. Adesso l'Unione Astronomia Internazionale (IAU) ha escogitato una soluzione al problema: il prefisso "I" verrà usato per designare oggetti interstellari di piccole dimensioni. La nuova sequenza avrà un formato simile a quello usato dal Minor Planet Center per le comete. Di conseguenza, l'oggetto A/2017 U1 riceve la designazione permanente 1I e il nome 'Oumuamua, scelto dal team di Pan-STARRS, una parola di origine hawaiana per indicare un messaggero inviato dal passato lontano. Le forme corrette per fare riferimento a questo oggetto sono dunque: "1I"; "1I/2017 U1"; "1I/'Oumuamua" e "1I/2017 U1 ('Oumuamua)". Tutto questo con buona pace di chi aveva suggerito il nome "Rama", ispirato dal racconto di A.C.Clarke (secondo alcuni, la scelta del nome hawaiano è stata dettata da motivazioni politiche, per farsi "perdonare" dagli indigeni il fatto di aver violato una montagna sacra costruendoci sopra degli osservatori astronomici).

Le osservazioni

 Sul sito JPL, i dati orbitali (ormai definitivi) sono stati aggiornati sulla base di 113 osservazioni ottiche effettuate dal 14 Ottobre al 12 Novembre. Adesso il parametro critico dell'eccentricità si attesta su e=1,19936±0,00021, mentre l'inclinazione sull'eclittica è di 122,682°±0,007° e il momento del perielio è fissato alle 11:45 del 9 Settembre (con incertezza di 2 minuti) a una distanza di 0,25529(±0,00008) unità astronomiche. Il massimo avvicinamento alla Terra è avvenuto alle 17:51 del 14 Ottobre, a 24179000(±7900) km. Infine, estrapolando la traiettoria all'infinito, si ottiene una velocità di avvicinamento di 26,321(±0,010) km/s su una traiettoria rettilinea passante a 0.84792(±0.00015) AU dal Sole, con un radiante nelle coordinate RA=18h 39m 12s, dec=+33° 59,8', a soli 6° dall' apice solare che è la direzione in cui si muove il Sole rispetto alle stelle circostanti; l'angolo formato dai due rami d'iperbole è 292,98°±0,03°.

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L'insolita traiettoria di Oumuamua (linea trattegiata) nel sistema solare esterno e, nell'inserto, interno. Da notare l'orbita tipica di una cometa a medio-lungo periodo (in nero) - Image credit: Brooks Bays SOEST Publication Services/UH Institute for Astronomy

 Un articolo scritto da un gruppo di ricercatori del Maryland, vengono riportate le misure della curva di luce e anche del profilo di luminosità, entrambe visibili nell'immagine di apertura. Dalla curva di luce, su un arco di tempo di circa 3 ore non si vede alcuna periodicità e questo indica che il periodo di rotazione è superiore al lasso ti tempo osservato, probabilmente anche al di sopra delle 5 ore; inoltre, dall'ampiezza della curva di luce (circa 1,5 magnitudini) si deduce un rapporto 3:1 tra le dimensioni maggiori e quelle minori, nell'ipotesi che la modulazione di luce sia dovuta alla forma allungata dell'oggetto. il diametro medio è stimato tra 90 e 180 metri a seconda dell'albedo (l'oggetto non è stato risolto, nè con osservazioni ottiche nè con il radar, ma la stima dell'albedo e quindi del diametro potrebbe migliorare se si renderanno disponibili misure infrarosse termiche).  L'immagine ottenuta sommando tutte le esposizioni per un totale di 2,5 ore non mostra alcuna evidenza di emissioni gassose attorno all'oggetto, che ha una apparenza del tutto stellare o puntiforme. Un risultato analogo è stato ottenuto da un altro gruppo di ricercatori statunitensi e canadesi, come si vede nelle due immagini a sinistra qui sotto. Dato che l'oggetto era presumibilmente piuttorto scuro (albedo dell'ordine del 5%), la sua superficie deve avere raggiunto una temperatura dell'ordine di 550K in prossimità del perielo e la mancanza di emissioni gassose fa pensare all'assenza di sostanze volatili, almeno in prossimità della superficie.

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A sinistra, una immagine dell'oggetto (al centro dell'immagine); al centro, il profilo di luminosità confrontato con quello di una stella. A destra lo spettro. - Credit: QUan-Zhi Ye et al., ApJ

 Nello stesso articolo viene riportato un altro spettro dell'oggetto, con una conferma dell'assenza di particolari strutture e una pendenza che ne rende rossastra la colorazione. L'articolo riporta anche una interessante analisi sulla ricerca di un eventuale sciame metorico associato all'oggetto, la cui orbita è passata a soli 0,1 unità astronomiche dal pianeta Terra. Le osservazioni radar ecludono la presenza di tali corpi minori che accompagnavano Oumuamua ed erano stati eventualmente espulsi da esso a causa di una debole attività cometaria quando era ancora lontano dal Sole.

L'origine

 Veniamo alle speculazioni sulla provenienza e sui possibili meccanismi di produzione di simili oggetti. Un calcolo statistico basato sulla velocità e sulla densità stellare nei pressi del Sole suggerisce che Oumuamua potrebbe avere viaggiato per 10 miliardi di anni coprendo 1 miliardo di anni luce prima di incontrare il Sole e questo precluderebbe ogni possibilità di risalire al suo punto d'origine. Tuttavia, in un articolo firmato da altri 3 ricercatori americani, il confronto del moto di Oumuamua con quello delle stelle contenute nel recente catalogo Tycho-Gaia ha evidenziato 4 astri con una velocità simile (entro 3 km/s) e tre di esse appartengono a un'associazione di stelle (Scorpius-Centaurus association) relativamente giovane, risalente a 10-15 milioni di anni fa. In realtà i ricercatori puntano il dito sulle associazioni Carina-Colomba e ipotizzano che l'oggetto sia stato espulso da un disco protoplanetario in quella regione circa 40 milioni di anni fa. L'assenza di ghiaccio indica un'origine all'interno della "confine del ghiaccio" del disco protoplanetario, in cui la temperatura è tale da consentire la sublimazione; la velocità di espulsione dal sistema sarebbe di soli 1-2 km/sec. L'articolo si conclude con un suggerimento che è anche una previsione: altri oggetti dovrebbero provenire dalla stessa direzione e quindi bisogna cercarli vicino al radiante di Oumuamua.

 In un successivo articolo, stavolta scritto da 5 astronomi olandesi, si sono utilizzati i dati del catalogo Gaia TGAS per calcolare a ritroso la traiettoria di Oumuamua, scoprendo che 1,3 milioni di anni fa è passato soltanto a mezzo anno luce (0,16pc) dalla stella TYC4742-1027-1; tuttavia, dato che l'incontro è avvenuto a una velocità relativa decisamente alta (103 km/s), è improbabile che la nube di Oort attorno a quella stella sia il luogo d'origine per questo oggetto, che quindi deve aver viaggiato per molto più tempo; purtroppo, la traiettoria utilizzata non è basata sugli ultimissimi dati orbitali, decisamente più precisi e che avrebbero consentito calcoli decisamente più accurati ed estesi nel tempo, ma questo avverrà sicuramente a breve. Gli autori stimano anche che in ogni momento ci siano, entro 100 unità astronomiche dal Sole, la bellezza di 300mila oggetti simili a 1I/2017 U1 (una densità non lontana da quella riportata nell'articolo discusso di seguito).

 Infine, in un affascinante articolo firmato da G. Laughlin e K. Batygin, adottando un tasso di 1 incontro ogni 10 anni entro una distanza di 3 unità astronomiche dal Sole, se ne deduce una densità di 1 asteroide interstellare ogni 100 unità astronomiche cubiche; da qui si ricava un totale di 2×1026 (200 milioni di miliardi di miliardi!) oggetti di questo tipo nella nostra galassia, per una massa totale dell'ordine di ∼1011 masse terrestri (M); in altre parole, ciascuna stella deve avere espulso in media l'equivalente di 1 M sottoforma di planetesimi  nello spazio interstellare.  

1i esopianeti

Grafico dei pianeti extrasolari, con la massa in funzione del semiasse maggiore e i colori che indicano il rapporto tra le due velocità di fuga e orbitale. - Credit: Laughlin & Batygin /  ApJ.EP

 Riguardo al meccanismi di produzione, i ricercatori puntano il dito sulle prime fasi di vita di un sistema planetario; secondo uno dei modelli più accreditati (detto modello di Nizza), in quelle fasi ci sono numerose instabilità orbitali che finiscono per espellere dal sistema planetario gran parte dei planetesimi e questo deve essere successo anche al nostro sistema solare, con una violenta interazione tra i pianeti giganti e il disco più interno che doveva contenere circa 30 M. L'espulsione avviene in seguito a un incontro molto ravvicinato con un pianeta gigante e ricorda molto le manovre di "gravity assist" usate dalle sonde interplanetarie; l'efficienza del meccanismo dipende dal rapporto f tra velocità di fuga dalla superficie del pianeta e la sua velocità orbitale, che deve superare l'unità. Nel nostro sistema solare, i quattro pianeti giganti soddisfano tutti questa condizione e questo è vero specialmente per Giove e Nettuno, nei quali f>3 (per contro, nel caso della Terra f=0,37). Gli autori hanno preso in esame il catalogo dei pianeti extrasolari scoperti da Kepler e confermati (grafico qui sopra) mostrando che, nella regione esplorata, le due categorie degli " Hot Jupiters" (la nuvoletta di punti in alto a sinistra) e quella delle "super-Terre calde" (in basso a sinistra) non sono attualmente in condizioni di espellere planetesimi, come mostra la colorazione blu. Tuttavia, il 5-10% delle stelle di massa solare (non le nane rosse) dovrebbero possedere pianeti massicci a distanze intermedie (qualche unità astronomica di semiasse maggiore) in grado di svolgere egregiamente il compito e gli autori mettono in evidenza che, a causa della proporzionalità approssimativmente diretta tra raggio e massa dei pianeti extrasolari osservata da Kepler, esiste una regione di espulsione che dipende essenzialmente dalla massa della stella e che cade a circa 1 unità astronomica per stelle di 0,2 masse solari e circa 5 unità astronomiche nel caso del Sole (linee tratteggiate nel grafico). Incidentalmente, queste sono anche le distanze apprssimative in corrispondenza delle quali il ghiaccio smette di sublimare. Da qui, si può indirettamente dedurre una grande abbondanza di pianeti di massa sub-gioviana situayi a poche unità astronomiche dalla loro stella, la maggior parte dei quali devono essere ancora scoperti! 

 Come si vede, il passaggio di questo oggetto unico ha messo in agitazione l'intera comunità astronomica ma molte domande rimarranno aperte finchè non osserveremo altri corpi simili, magari da vicino. Questa speranza non è remota perchè, se da un lato è vero che l'evento è sicuramente raro e fortunato e non ne abbiamo visti altri in passato, è anche vero che adesso sta per entrare in funzione uno strumento formidabile per avvistarne altri anche più piccoli o lontani, il telescopio LSST che con i suoi 8 metri di diametro e il sensore a largo campo da 3 Gpixel potrebbe arrivare a scoprirne uno ogni anno!

Riferimenti:
minorplanetcenter.net
hawaii.edu/news

 

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Marco Di Lorenzo (DILO)

Sono laureato in Fisica e insegno questa materia nelle scuole superiori; in passato ho lavorato nel campo dei semiconduttori e dei sensori d'immagine. Appassionato di astronautica e astronomia fin da ragazzo, ho continuato a coltivare queste passioni sul web, elaborando e pubblicando numerose immagini insieme al collega Ken Kremer. E naturalmente amo la fantascienza e la fotografia!

Sito web: https://www.facebook.com/marco.lorenzo.58
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