Il mistero della accelerazione di ‘Oumuamua

Il degassamento spiega lo strano comportamento del primo oggetto interstellare

Rappresentazione artistica di 'Oumuamua, il primo oggetto intersrellare mai scoperto. (NASA, ESA and Joseph Olmsted and Frank Summers of STScI)

Scoperto il 19 ottobre 2017 dal telescopio automatizzato Pan-STARRS operativo alle Hawaii, ‘Oumuamua destò da subito l’interesse della comunità scientifica: era un oggetto proveniente dallo spazio interstellare. L’orbita spiccatamente iperbolica non lasciava spazio a dubbi. Ma cos’era? Considerata la traiettoria che stava seguendo, gli astronomi pensarono a una cometa che però non esibiva alcuna chioma o coda. L’oggetto possedeva caratteri più simili a un asteroide. Qualunque fosse la natura, ‘Oumuamua, divenne il primo oggetto non formatosi nel Sistema Solare a transitare nel suo interno e fu scoperto mentre si stava già allontanando. Forse non sarebbe stato nemmeno scoperto se non fosse passato abbastanza vicino alla Terra a causa delle modeste dimensioni.

Oggetto piccolo e in accelerazione

A destare sorpresa fu l’evidenza che stava leggermente accelerando, anziché rallentare, dopo il perielio e lo stava facendo con una quantità maggiore di quella osservata negli asteroidi e comete. La cosa accese il dibattito e alimentò pure ardite speculazioni, come la possibilità che potesse essere un ordigno artificiale alieno giunto per esplorare il Sistema Solare.

Le osservazioni con i più grandi telescopi al suolo non poterono far altro che determinare una colorazione rossastra e stabilire le sue dimensioni in 115 x 111 x 19 metri, quindi l’oggetto aveva una forma schiacciata e discoidale. Pur evocativa, tale forma non era insolita tra gli oggetti della Fascia di Kuiper. Ad esempio, uno dei lobi di Arrokoth ha una forma simile. In ogni caso quelle osservazioni non dipanarono i dubbi sulla sua natura.

Spiegazione sorprendentemente semplice

Ora, con un articolo pubblicato su Nature [615, 610–613 (2023)], Jennifer B. Bergner e Darryl Z. Seligman propongono una soluzione sorprendentemente semplice per spiegare l’accelerazione anomala di ‘Oumuamua: il degassamento da idrogeno molecolare! Si tratta di un fenomeno già conosciuto e stranamente non considerato.

I due, cercando tra le pubblicazioni passate, hanno trovato alcuni esperimenti che dimostrano che elettroni, protoni e atomi più pesanti ad alta energia potrebbero convertire il ghiaccio d’acqua in idrogeno molecolare e che la struttura di una cometa potrebbe intrappolare il gas in sacche all’interno dei ghiacci. Gli esperimenti dimostrano che quando è riscaldato, il ghiaccio passa da una struttura amorfa a una cristallina e rilascia le bolle d’idrogeno gassoso.

Cotta dai raggi cosmici

“Una cometa che viaggia attraverso il mezzo interstellare viene fondamentalmente cotta dalla radiazione cosmica, formando idrogeno come risultato. Ci siamo chiesti: se questo era accaduto, poteva (l’idrogeno) essere intrappolato davvero nel corpo (celeste), in modo che entrando nel Sistema Solare e riscaldato, potesse essere rilasciato? Potrebbe produrre quantitativamente la forza necessaria per spiegare l’accelerazione non gravitazionale?”, afferma Bergner.

I raggi cosmici possono penetrare in profondità nel ghiaccio sino a decine di metri. I ricercatori stimano in circa un quarto la quantità di acqua convertita in idrogeno gassoso.

“Per una cometa di diversi chilometri di diametro, il degassamento proverrebbe da un guscio molto sottile rispetto alla massa dell’oggetto, quindi sia dal punto di vista compositivo che in termini di accelerazione, non ci si aspetterebbe necessariamente che si tratti di un effetto rilevabile”, continua Bergner. “Ma poiché ‘Oumuamua era così piccolo, pensiamo che abbia effettivamente prodotto una forza sufficiente per alimentare quella accelerazione”.

La figura illustra il meccanismo proposto dai due ricercatori per spiegare la misteriosa accelerazione osservata in ‘Oumuamua mentre si allontanava dal Sole. [Tratta da Nature 615, 610–613 (2023)]

Una cometa “nuda”

In sintesi, ‘Oumuamua sarebbe una cometa “nuda” priva di sostanze volatili in superficie. I raggi cosmici, durante il suo lungo viaggio interstellare, hanno scisso le molecole di acqua entro alcuni metri dalla superficie, producendo idrogeno molecolare gassoso. Il gas prodotto è rimasto imprigionato sotto la crosta rossastra per tutto il tempo dalla sua formazione (probabilmente miliardi di anni). Per effetto del calore solare, quel gas è stato espulso in getti, producendo un effetto razzo (già noto sulle comete ordinarie quando sono al perielio), producendo l’accelerazione non gravitazionale osservata.

L’attività cometaria aumenta mentre si avvicina alla nostra stella, sviluppando dapprima una vasta atmosfera (chioma) e anche, benché non sempre, una coda di gas e polveri. Le immagini ravvicinate dei nuclei cometari, hanno mostrato che questi corpi celesti sono alquanto differenti dalla”palla di neve sporca” proposta nel secolo scorso da Fred Lawrence Whipple.  Sono invece dotate di una crosta esterna con l’emissione di gas e polveri circoscritta a bocche da cui emergono getti collimati. I gas espulsi agiscono come i motori di un razzo e producono una spinta che altera leggermente la sua traiettoria teorica. L’effetto della spinta è maggiormente evidente dopo il perielio.

Per ‘Oumuamua ha agito un meccanismo simile ma non dovuto alla sublimazione di gas e polveri in sacche interne ma all’eruzione d’idrogeno molecolare gassoso. Lo stesso processo è probabile che operi anche sulle comete locali ma non produce effetti evidenti. A fare la differenza sono state, infatti, le piccole dimensioni di ‘Oumuamua.

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Informazioni su Giuseppe Donatiello 353 Articoli
Nato nel 1967, astrofilo da sempre. Interessato a tutti gli aspetti dell'astronomia, ha maturato una predilezione per il deep-sky, in particolare verso i temi riguardanti il Gruppo Locale e l'Universo Locale. Partecipa allo studio dei flussi stellari in galassie simili alla Via Lattea mediante tecniche di deep-imaging. Ha scoperto sei galassie nane vicine: Donatiello I (2016), Donatiello II, III e IV nel sistema di NGC 253 (2020), Pisces VII (2020) e Pegasus V (2021) nel sistema di M31. Astrofotografo e autore di centinaia di articoli, alcuni con revisione paritaria.