Da quando fu avvistato, nell'autunno del 2017, Oumuamua ha sollevato una miriade di discussioni e di ipotesi sulla sua natura ed origine. La sua provenienza indiscutibilmente esterna al sistema Solare e le sue caratteristiche così peculiari hanno sfidato gli astrofisici ma ora si sta delineando forse un modello credibile al riguardo. Nel frattempo, si fanno ipotesi su quanti oggetti del genere verranno avvistati con i nuovi telescopi nei prossimi anni e su come possa essere organizzata una missione spaziale per vederlo da vicino mentre fugge nuovamente nello spazio interstellare.

 

 Mistero risolto?

 Il nuovo lavoro presentato da due astrofisici dell'Arizona State University, Steven Desch e Alan Jackson, riesce a spiegare le strane caratteristiche di 'Oumuamua ed in particolare la sua doppia natura di asteroide inerte e di cometa attiva. Essi hanno determinato che siamo probabilmente di fronte ad un frammento di un pianeta simile a Plutone, nato in un altro sistema solare. I loro risultati sono stati recentemente pubblicati in un paio di articoli sull'AGU Journal of Geophysical Research: Planets (link in fondo all'articolo).

 "Per molti versi 'Oumuamua assomiglia ad una cometa, ma è abbastanza peculiare da avvolgere nel mistero la sua natura, facendo dilagare le speculazioni", ha detto Desch, che è professore alla School of Earth and Space Exploration. La marcata accelerazione non gravitazionale, non accompagnata da un "outgassing" evidente, era stata recentemente attribuita ad idrogeno molecolare, per cui si era ipotizzato che 'Oumuamua fosse una sorta di iceberg di idrogeno ghiacciato, nato in una nube gigante molecolare; tuttavia, è stato poi fatto notare che difficilmente un oggetto simile potrebbe nascere e sopravvivere ad un viaggio interstellare senza sublimare a causa del riscaldamento collisionale. Invece, il nuovo lavoro prende in considerazione altre sostanze volatili ghiacciate e mostra che, se 'Oumuamua fosse composto da azoto biatomico ghiacciato, potrebbe soddisfare tutti i vincoli osservazionali sull'accelerazione non gravitazionale, sulla luminosità e la curva di luce, nonché sulla mancanza di emissioni rilevabili di CO, CO2 o polvere.

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Credits: A.P.Jackson, S.J.Desch (submitted to AGU journal) - Improvement: Marco Di Lorenzo

 L'accelerazione prevista per diverse composizioni chimiche di 'Oumuamua è riportata nel grafico qui sopra, in funzione del diametro e quindi dell'albedo dell'oggetto; la linea orizzontale tratteggiata indica l'uguaglianza tra il valore di accelerazione effettivamente osservato a 1,42 unità astronomiche dal Sole e quello previsto dal modello, mentre la fascia verticale viola è la zona esclusa dalle osservazioni di WISE (che non è riuscito a osservare l'oggetto nell'infrarosso); le fasce rosa e gialla indicano la tipica albedo di Plutone e, al suo interno, l'accelerazione di 'Oumuamua risulta compatibile con una composizione basata su azoto, ma anche metano, monossido di carbonio oppure Neon. Secondo gli autori, la spiegazione più ragionevole è che 'Oumuamua sia un oggetto piuttosto piccolo (un ellissoide di  45 m × 44 m × 7,5 m al momento dell'osservazione) ma con un'alta albedo di 0,64, coerente con la presenza in superficie di uno strato di N2 come su Plutone e Tritone.

 Di seguito, vediamo l'evoluzione di temperatura, massa e forma di 'Oumuamua; secondo il modello proposto, nel giro di qualche settimana attorno al perielio l'oggetto ha perso oltre il 90% della sua massa iniziale, assottigliandosi parecchio in vita fino a raggiungere un rapporto 1:8 tra gli assi! 

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 Credits: A.P.Jackson, S.J.Desch (submitted to AGU journal)

 I due autori postulano che 'Oumuamua abbia viaggiato per 4-500 milioni di anni nello spazio interstellare e sia stato espulso da un sistema stellare giovane, nato circa 100 milioni di anni prima e probabilmente localizzato nel braccio galattico di Perseo. Nel secondo articolo pubblicato, essi dimostrano che instabilità dinamiche, simili a quelle originatesi nella fascia di Kuiper del nostro sistema solare 4 miliardi di anni fa, potrebbero essere responsabili dell'espulsione e concludono che 'Oumuamua potrebbe essere il primo esempio di un frammento di esopianeta (per la precisione un "eso-plutone") avvistato nel nostro sistema solare!

 

Uno sguardo da vicino...

 Alla luce di quanto abbiamo appena visto, l'idea di esplorare 'Oumuamua da una distanza ravvicinata tramite una sonda spaziale appare sempre più allettante. Negli anni scorsi, una simile proposta è stata ribadita più volte da una organizzazione dedita a questo tipo di studi avveniristici, la "Initiative for Interstellar Studies" (i4is). L'estate scorsa presentammo alcune di queste proposte, sotto la sigla Lyra mission, basate su due diverse tecnologie. La prima è la propulsione chimica tradizionale, abbinata però ad un uso massiccio del "gravity assist", eventualmente portato all'estremo con la cosiddetta manovra di Oberth che consiste nell'accelerare volando vicinissimo al Sole; una missione di questo genere avrebbe richiesto almeno 22 anni per giungere all'obiettivo. In alternativa, erano state proposte anche flotte di micro-sonde con vele fotoniche, spinte da schiere di laser ad alta potenza installate sulla Terra; in questo caso, il viaggio sarebbe molto più breve, ma la tecnologia è ancora tutta da sviluppare e non è detto che sia disponibile nel giro di 10 anni, come pronosticato. Adesso invece la scelta ricade sulla "Nuclear Thermal Propulsion" (NTP), una  famiglia di tecnologie che, sebbene mai sfruttate realmente, sono allo studio da decenni da parte della NASA e dovrebbero presentare quindi meno rischi ed incertezze. Del resto, in tempi recenti, l'interesse verso questo tipo di propulsori si è risvegliato nella comunità spaziale internazionale, dal momento che si comincia a pensare concretamente ad una espansione umana verso altri pianeti, con tempi necessariamente brevi rispetto alle precedenti missioni robotiche.

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Credits: A.Hibbered, A.Hein, "Project Lyra: Catching 1I/‘Oumuamua Using Nuclear Thermal Rockets" - i4is

 Vari reattori nucleari allo stato solido vengono presi in considerazione, come pure vari tipi di traiettoria, illustrati qui sopra. Alcuni reattori sono derivati direttamente da quelli studiati nei programmi NASA (come il classico NERVA), altri riflettono concetti più avanzati come il reattore termico "particle bed" capace di fornire una spinta di quasi 20 tonnellate pur avendo una massa di soli 800 kg. Con questa tecnologia, sarebbe possibile inviare una sonda da 1,1 tonnellate su 'Oumuamua in 8-15 anni, utilizzando la traiettoria più semplice basata sulla manovra di Oberth (la prima a sinistra nella figura). Il carico utile può aumentare a 8 tonnellate o più utilizzando le manovre più complesse, ma in tal caso il tempo di percorrenza crescerebbe fin oltre 2 decenni.

 

Un aiuto da Gaia

 A questo punto, prima di imbarcarsi su una missione così impegnativa, è lecito domandarsi se per caso, nel giro di pochi anni, non dobbiamo aspettarci il passaggio di altri oggetti interstellari, simili a 'Oumuamua o anche alla cometa 2I/Borisov. E' quello che si sono chiesti i due ricercatori di i4is autori dello studio precedente, insieme ad altri 7 facenti parte di un team internazionale. Partendo dalla distribuzione locale di velocità delle stelle osservata da Gaia e riportata nel nuovo catalogo EDR3 (ed in particolare il sotto-catalogo "Gaia Catalogue of Nearby Stars", GCNS delle stelle entro 100 parsec dal Sole), essi hanno utilizzato un modello di "focusing gravitazionale" per ricavare la frequenza di simili passaggi in funzione della velocità. Il punto fermo iniziale è la constatazione che la rassegna Pan-STARRS1 finora ha rivelato un solo 'Oumuamua in 7 anni di servizio; questo implica una densità dell'ordine di 1 oggetto interstellare ogni 10 Unità Astronomiche cubiche.

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Credits: M.Eubanks et al., "Interstellar Objects in the Solar System: 1. Isotropic Kinematics from the Gaia Early Data Release 3" - Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo. - Improvement: Marco Di Lorenzo

 Qui sopra vediamo il il tasso di campionamento in volume, ovvero il volume di spazio interstellare "esplorato" dal Sistema Solare ed espresso in Unità Astronomiche cubiche all'anno, in funzione della "velocità all'infinito" con cui l'oggetto si approssima a noi. L'idea alla base dello studio è che, nel processo di espulsione dal sistema stellare d'origine, simili oggetti abbiano una velocità di uscita relativamente bassa; tuttavia, le stelle non stanno ferme e quindi, alla fine, la loro distribuzione di velocità rispetto al Sole è grossomodo la stessa di quella degli oggetti interstellari (ISO) che attraversano il nostro sistema solare.

Oumuamua arrival rate

 Credits: M.Eubanks et al., "Interstellar Objects in the Solar System: 1. Isotropic Kinematics from the Gaia Early Data Release 3" - Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo. - Improvement: Marco Di Lorenzo

 Il risultato dello studio è riportato nel grafico qui sopra ed è abbastanza sconvolgente. Di oggetti simili a 'Oumuamua ne dovrebbero passare in media 6,9 ogni anno, entro una distanza di 1 Unità Astronomica dal Sole; se ne abbiamo visto solo uno finora è perchè la maggior parte di essi non si è avvicinato a sufficienza alla nostra stella per essere abbastanza luminoso ed anche perchè, in passato, le ricerche non erano abbastanza sistematiche e "profonde" ma le nostre capacità di rivelazione stanno rapidamente evolvendo, soprattutto con l'entrata in funzione del grande telescopio per survey Vera Rubin, prevista tra un anno. Si prevede anche una abbondante "coda" ad alta velocità nella popolazione, con la metà degli oggetti interstellari che si avvicinano a noi superando i 40 km/s; per confronto, la "velocità all'infinito" di 'Oumuamua è 26,4 km/s e al perielio è giunto a 0,256 Unità Astronomiche dal Sole. Il modello dice anche che il 92% degli ISO sono residenti nel disco galattico più sottile, quello con velocità e inclinazione relativamente basse; il 6% di essi provengono invece dal disco spesso o diffuso e dovrebbero venire scoperti con un tasso di 4 ogni decennio; uno ogni 10 anni proviene dall'alone galattico e infine, circa 3 volte al secolo, arrivano ISO talmente veloci da non essere legati gravitazionalmente alla Via Lattea, essendo stati espulsi da essa se non addirittura provenienti da altre galassie! Si tratterebbe quindi addirittura di IGO, oggetti vaganti intergalattici!

 All'altro estremo della scala, il tasso di arrivo di ISO con velocità molto bassa (meno di 1,5 km/s nello spazio interstellare) è talmente basso che i pochi oggetti effettivamente osservati con questa caratteristica sono stati probabilmente espulsi dal Sistema Solare. Infine, si stima che l'abbondanza di comete interstellari come la 2I/Borisov sia 1400 volte più bassa di quella di 'Oumuamua, circa 7·10−5 AU−3; pertanto, si stima che le future rassegne celesti ne troveranno solo uno ogni 10 anni circa. Sulla base di questa stima, pertanto, forse dovremmo lanciarci all'inseguimento di Borisov, piuttosto che di 'Oumuamua, data la loro relativa rarità!

  In questo momento, 'Oumuamua dista 3,41 miliardi di km dal Sole (una via di mezzo tra le distanze di Urano e Nettuno) e se ne allontana a 27,8 km/s; a fine 2028 raggiungerà i 10 miliardi di km, che diventeranno il doppio nel 2040 e il triplo nel 2052. Per quest'ultima data, probabilmente, riusciremo ad esplorare da vicino questo enigmatico oggetto oppure un suo simile che già ora si sta avvicinando a noi dalle oscurità dello spazio interstellare, in attesa di essere avvistato.