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La "mamma" di 'Oumuamua

Grafico Velocità-Distanza riferite all'incontro stella-Oumuamua, con i 4 candidati più verosimili colorati
Grafico Velocità-Distanza riferite all'incontro stella-Oumuamua, con i 4 candidati più verosimili colorati Credit: Bailer-Jones et al., "Plausible home stars of ‘Oumuamua" / arXiv:1809.09009v1

Un nuovo studio cinematico, basato sull'ultimo catalogo Gaia, restringe la rosa dei possibili luoghi d'origine dell'asteroide-cometa-(astronave) interstallare, identificando 4 stelle nane potenziali progenitrici... ma non è detto!

 L'argomento 'Oumuamua sembra tornato di gran moda negli ultimi giorni: dopo il recente clamoroso studio sull'accelerazione non-gravitazionale (che sarebbe incompatibile con la rotazione costante della presunta cometa) ora è uscito un altro importante studio sul suo possibile luogo di provenienza, basandosi sul nuovo catalogo Gaia DR2 e considerando le suddette forze non gravitazionali. In realtà, l'argomento è sempre rimasto in primo primo piano da quando l'oggetto è stato riconosciuto come il primo di origine sicuramente interstellare e, del resto, non poteva non essere così data l'importanza e le implicazioni di una simile scoperta!

 L'articolo in questione è scritto da un gruppo internazionale di ricercatori americani ed europei, tra cui spiccano i nomi italiani di Davide Farnocchia (che lavora al JPL) e Marco Micheli (dell'ESA, il cui nome era già apparso nel precedente articolo a proposito dell'accelerazione anomala). Lo studio prende le mosse dalle ultime stime sugli effetti non-gravitazionali (presumibilmente dovuti a espulsione di gas) per stimare la direzione di provenienza di Oumuamua, il cosiddetto "radiante" proiettato sulla volta celeste; dato che ci sono sostanziali incertezze e differenti modelli sull'accelerazione anomala (misurata realmente solo su un tratto di orbita successivo al perielio, a distanze solari comprese tra 1 e 3 unità astronomiche), le coordinate del radiante cadono entro un cerchio ampio circa 0,1° (figura sottostante); ci sarebbe anche una incertezza sul valore della velocità con cui l'oggetto è arrivato dallo spazio interstellare ma risulta trascurabile rispetto alle imprecisioni di velocità delle "stelle madri" candidate. Per la precisione, facendo la media non pesata tra i 5 modelli più affidabili, si ottiene una velocità "all'infinito" pari a 26,44 km/s e un radiante con AR=279,52° e dec=33,87°.1

OumuaRad

Posizione del radiante secondo 6 diversi modelli (il settimo, indicato come "JPL13" non tiene conto dell'accelerazione non gravitazionale ed è riportato solo come riferimento); escludendo il modello "7d" (che è quello meno in accordo con i dati osservativi), il radiante dovrebbe ricadere entro il cerchio fucsia. - Credit: Bailer-Jones et al., "Plausible home stars of ‘Oumuamua" / arXiv:1809.09009v1 - Processing: M. Di Lorenzo

 A questo punto, gli autori hanno selezionato un campione di oltre 7 milioni di stelle del catalogo Gaia DR2 con misure affidabili di parallasse e di velocità. Tra di esse, circa 1500 risultano essere passate a meno di 10 parsec da 'Oumuamua in epoche più o meno remote, nell'approssimazione di una traiettoria lineare. Questo sottoinsieme di candidati è stato quindi analizzato più in dettaglio, stavolta calcolandone la traiettoria precisa all'interno del potenziale gravitazionale galattico (la stessa cosa, naturalmente, la si è fatta anche per 'Oumuamua); alla fine ne sono risultate 28 stelle che, in passato, sono state a meno di 2 pc da 'Oumuamua.2 Come si vede nella figura sottostante, sono incontri avvenuti negli ultimi 9 milioni di anni a distanze comprese tra 0,6 e 2 parsec (2÷6,5 anni luce); quelli più interessanti sono quelli avvenuti con una bassa velocità relativa (in rosso) poichè sono quelli per i quali è più verosimile una espulsione naturale dai relativi (ipotetici) sistemi planetari.

 Oumuacandidates

I 26 incontri più ravvicinati compatibili con la traiettoria 2k2 - Credit: Bailer-Jones et al., "Plausible home stars of ‘Oumuamua" / arXiv:1809.09009v1 - Processing: M. Di Lorenzo

 Considerando tutte le possibili traiettorie di 'Oumuamua, i migliori candidati in termini di distanza e velocità di espulsione sono quattro: Gaia DR2 2525688198820543360 (HIP 3757), Gaia DR2 3107000885484340224 (HD 292249), Gaia DR2 2502921019565490176 e Gaia DR2 3666992950762141312. Data la difficoltà nel chiamarli con i loro nomi per esteso, gli autori li indicano semplicemente come "home-1,-2,3,4"; essi sono riportati con diversi colori nell'immagine d'apertura, dove appaiono anche altri 5 candidati (in grigio) comunque interessanti, anche se meno probabili come progenitori. Di seguito, la lista di questi 9 sistemi, dove T è il tempo di massimo avvicinamento (in migliaia di anni), D la corrispondente distanza (in parsec) e ve la velocità di incontro; per ciascuno di questi parametri sono indicati anche gli intervalli di confidenza corrispondenti al 90-percentile. Seguono parallasse, moto proprio, velocità radiale, magnitudine (Gaia e visuale) e indice di colore, con le corrispondenti incertezze (sigma).

Oumualist2

 Per poter ricavare gli "intervalli di confidenza" a partire dalle incertezze sulla conoscenza della loro posizione e velocità attuali, per ogni stella è stato necessario generare qualcosa come 2000 "surrogati" e seguirne il cammino, osservandone lo "sparpagliamento" nel tempo; questo sistema statistico, detto "Metodo di Montecarlo", lo si vede in opera nella seguente animazione che, andando a ritroso nel tempo, mostra il percorso del Sole (in giallo), dell'oggetto interstellare ISO (blu) e della stella candidata (nuvola di punti rossi).

Gaia Oumuamua trajectory

Credit: C.A.L. Bailer-Jones et al. 2018

  Il candidato più probabile, Home-1HIP 3757, in realtà era già stato individuato in uno studio precedente, pubblicato prima dell'uscita del catalogo DR2 e di esso avevamo parlato 10 mesi fa. Si tratta di una stella di sequenza principale, una nana rossa di tipo M2.5 con elevato moto proprio e oggi distante 81 anni luce. Un milione di anni fa, 'Oumuamua distava da essa soltanto 2 anni luce e si muoveva a quasi 25 km/s rispetto ad essa. Il secondo candidato è passato più lontano da 'Oumuamua (5 anni luce) ma con una velocità decisamente più bassa, meno di 11 km/s, decisamente più facile da spiegare con un meccanismo di espulsione a seguito di un fly-by planetario stretto; peraltro si tratta di una stella simile al Sole (tipo spettrale G5) a circa 135 anni luce. Gli altri due casi hanno caratteristiche intermedie.

 Qui però arriva una piccola doccia fredda: gli stessi autori ammettono che l'espulsione da parte di un pianeta gigante con quelle velocità è un evento possibile ma molto improbabile e, peraltro, nessuno dei 4 candidati ha pianeti noti; l'espulsione da un sistema stellare binario è più probabile ma, purtroppo, nessuno dei candidati risulta doppio. Perciò, dato che il campione di 7 milioni di stelle da cui si è partiti è solo una piccola frazione di tutte le stelle che andrebbero considerate3, è improbabile che tra i candidati ci sia la reale stella madre di 'Oumuamua; quest'ultima, del resto, dovrebbe incontrare qualcosa come una ventina di stelle a meno di 1 parsec ogni milione di anni, in base alla densità stellare nei pressi del Sole.

 Insomma, la ricerca è solo all'inizio ma un indizio incoraggiante sui tempi e quindi sulla distanza del sistema di provenienza viene dalla velocità relativamente bassa di 'Oumuamua rispetto al "Sistema di Riferimento Locale" (LSR) costituito dalle stelle attorno al Sole; dato che, con il passare del tempo, le velocità subiscono uno sparpagliamento a causa di incontri stellari e con nubi molecolari e l'attraversamento dei bracci a spirale, raggiungendo 50 km/s, si deduce che ‘Oumuamua è stato eiettato a una velocità relativamente bassa in tempi recenti. Insomma, la ricerca continua.

 

Note:

1) Tra l'altro, ho ottenuto coordinate molto vicine a quelle indicate consultando le effemeridi di 'Oumuamua sullo JPL Small-Body Database Browser; facendo infatti la media tra due posizioni separate di 6 mesi nell'anno 1600 (allo scopo di eliminare l'effetto della parallasse) si ricava: RA = 18h 37m 54,0s = 279,475° e Dec = 33° 51' 37" = 33,860°.

2) Per essere precisi, si tratta della soluzione ottenuta con il modello migliore per la traiettoria asintotica di 'Oumuamua, quello designato come "2k2".

3) Gli stessi autori, del resto, avvisano che molte stelle notoriamente vicine non sono incluse nell'indagine; il caso più clamoroso è il sistema binario di Alfa Centauri, escluso dal catalogo Gaia perchè troppo luminoso. Tuttavia, difficilmente questo particolare sistema potrebbe essere un progenitore perchè Oumuamua proviene da tutt'altra direzione e poi dovrebbe essere stato espulso a ben 37 km/s.

 

Riferimenti:
http://sci.esa.int/gaia/60688-gaia-finds-candidates-for-interstellar-oumuamuas-home/
https://arxiv.org/pdf/1809.09009.pdf

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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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