C/2014 UN271 (Bernardinelli-Bernstein): the nearly spherical cow of comets" è il curioso titolo di un articolo apparso ieri su ArXiv e sottomesso a Astrophysical Journal Letters. I primi firmatari sono gli ormai celebri due scopritori della cometa che porta il loro nome, insieme a numerosi colleghi; il curioso titolo, presumibilmente, fa riferimento ad una vecchia barzelletta sulle semplificazioni che spesso i fisici fanno quando affrontano oggetti o situazioni ancora poco note, applicando modelli a volte poco realistici per ridurre al massimo i calcoli iniziali. In effetti, la cometa in questione, sebbene al centro di molte discussioni ed elucubrazioni, è ancora un oggetto poco conosciuto a causa della sua distanza elevata e quindi della sua debole luminosità che ne impedisce, per ora, una indagine accurata. Pur avendo un diametro dell'ordine di 150 km, infatti, essa dista ancora 2,9 miliardi di km dalla Terra e ha una magnitudine apparente di poco inferiore a 20. Le cose miglioreranno un po' in prossimità del perielio, nel 2030/31, quando la distanza scenderà a 1,5 miliardi di km (poco oltre l'orbita di Saturno) e la magnitudine si avvicinerà a 17, ma per una esplorazione davvero approfondita sarebbe opportuno lanciare a brevissimo giro una sonda spaziale dedicata!
Nell'articolo si fa il punto delle conoscenze acquisite finora, a cominciare dall'orbita. Le misure astrometriche sono state attentamente riviste e calibrate, avvalendosi anche dei precisi riferimenti fornite dal catalogo Gaia DR2; si è fatto uso anche di immagini riprese nel 2010 dal telescopio VISTA dell'ESO, portando la finestra temporale osservativa a ben 11 anni e consentendo di ricavare i seguenti parametri orbitali prima e dopo il perielio del 2031.
Elementi orbitali "osculanti" rispetto al baricentro del sistema solare, calcolati per il 1950 e il 2100; le incertezze, indicate tra parentesi, si riferiscono all'ultima cifra decimale riportata - credits: Bernardinelli et al. (DES collaboration) / Fermilab pub / ApJ letters
Sulla base di questi parametri orbitali, facendo un calcolo (integrazione) sul lungo periodo, si è giunti alla conclusione che i precedenti passaggi della cometa sono avvenuti a distanza maggiore rispetto a quella del prossimo perielio. In particolare, come si vede nella figura sottostante, l'ultimo perielio è avvenuto circa 3,4 milioni di anni fa, tra 17 e 21 unità astronomiche contro le 11 scarse del 2031; i passaggi precedenti sarebbero avvenuti a distanze ancora maggiori e questa è una indicazione del fatto che la Bernardinelli-Bernstein è una cometa "nuova", nel senso che potrebbe essere la prima volta che si avventura così vicina al Sole, all'interno dell'orbita di Urano, da quando è stata espulsa dalla nube di Oort. Gli autori mettono però in guardia sul fatto che le nostre conoscenze sugli incontri stellari ravvicinati del passato sono ancora piuttosto limitate e, di fatto, sono stati considerati solo gli effetti perturbativi dovuti al passaggio ravvicinato di 8 stelle nel corso dell'ultima orbita cometaria, stavolta sfruttando il catalogo Gaia EDR3. E' possibile che, a causa di ulteriori incontri con altre stelle in epoche precedenti, il perielio della cometa abbia raggiunto la distanza attuale dopo essere stato ancora più vicino in un lontano passato.
A sinistra, la distanza dell'ultimo perielio secondo tre modelli, uno numerico che tiene conto dell'influenza dei pianeti giganti e delle forze mareali galattiche, gli altri due analitici, consideranto il sistema solare "puntiforme" e tenendo eventualmente conto anche dell'attrazione di 8 stelle vicine (curva verde). A destra, distribuzione della data dell'ultimo perielio secondo il modello numerico. - credits: Bernardinelli et al. (DES collaboration) / Fermilab pub / ApJ letters
Successivamente, si passa ad esaminare accuratamente le immagini del nucleo cometario riprese nel corso della "Dark Energy Survey", ricavandone la luminosità nel tempo. In questo caso, si sono sfruttate anche misure fatte con il satellite TESS ma non risultano significative variazioni sul lungo termine in nessuna delle bande spettrali considerate. Ci sono tuttavia forti indicazioni di una fluttuazioni di luminosità con ampiezza del 20% rispetto al valore medio, indizio di una possibile rotazione e di una lieve non-sfericità che però sono tutte da verificare (da qui l'appellativo di "mucca quasi sferica"!).
Fotometria della cometa BB in 6 diversi "colori", al variare della distanza dal Sole; la magnituidine assolute infrarossa (bande i, z, Y) è state spostata in alto per rendere il grafico leggibile - credits: Bernardinelli et al. (DES collaboration) / Fermilab pub / ApJ letters
La cometa esibisce un colore meno arrossato rispetto ad altri oggetti TNO e più simile a quello dei nuclei di altre comete a lungo periodo, o "Damocloidi", provenienti dalla Nube di Oort. La magnitudine assoluta nel rosso è pari a 8,0 e, assumendo una riflettività (albedo) del 4%, questo implica un diametro di 155 km; tale valore potrebbe oscillare di un fattore 2 se l'albedo variasse di un fattore 4 in più o in meno. Il valore nominale di diametro, unito a una ipotetica densità pari a quella dell'acqua (1 g/cm3) implica una massa di 2·1018 kg e una velocità di fuga di 58 m/s in superficie. Se confrontata con la celebre cometa Hale-Bopp, anch'essa a lungo periodo, la BB risulta quindi 2,5 volte più grande e 15 volte più massiccia!
L'estensione della chioma cometaria esibisce un profilo esponenziale e mostra un rapido aumento in luminosità nell'ultimo periodo, almeno sulla base delle osservazioni TESS.
A sinistra, evoluzione della luminosità globale della cometa secondo tre diversi osservatori, al variare della distanza dal Sole; a destra, distribuzione della luminosità nella chioma, considerando aree con crescente apertura (in centinaia di migliaia di km); i colori corrispondono a differenti distanze ed epoche. - credits: Bernardinelli et al. (DES collaboration) / Fermilab pub / ApJ letter - Improvement: Marco Di Lorenzo
Qui sotto, l'aspetto medio della cometa nel suo avvicinarsi al Sole (posto in alto), mostra un evidente sviluppo della chioma. Il tasso di attività cometaria risulta consistente con un modello semplificato di sublimazione da parte di CO2 e NH3 superficiale, mentre l'abbondanza di altri volatili come N2, CH4 e CO deve essere nettamente più bassa.
Distribuzione media di luminosità nelle immagini DES all'interno e all'esterno della distanza di 26 AU dal Sole- credits: Bernardinelli et al. (DES collaboration) / Fermilab pub / ApJ letter - Improvement: Marco Di Lorenzo
Per completezza, di seguito riporto anche i grafici aggiornati dei parametri orbitali aggiornati pochi giorni fa dal JPL, con l'aggiunta di 15 nuove osservazioni. Anche in questo caso, non sono ancora disponibili stime sugli effetti non gravitazionali dovuti all'emissione di gas da parte del nucleo. La distanza dell'ultimo afelio è ora stimata in 54200 (±3300) unità astronomiche, da confrontare con i 40400 (±430) AU stimati nel lavoro appena pubblicato (gli intervalli di incertezza sono sempre riferiti a un livello di confidenza del 90%).
Source: JPL/SSD - Processing/plot: Marco Di Lorenzo
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