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Cosa succede agli oggetti interstellari catturati dal sistema solare?

Oumuamua (L) e la cometa 2I/Borisov (R) sono le uniche due ISO di cui siamo certi. Credito: ESO/M. Kornmesser, nagualdesign

Ora che sappiamo che gli oggetti interstellari (ISO) visitano il nostro sistema solare, gli scienziati desiderano comprenderli meglio. Come potrebbero essere catturati? Se vengono catturati, cosa succede loro? Quanti di loro potrebbero essere nel nostro sistema solare?

Un team di ricercatori sta cercando di trovare risposte.

Sappiamo per certo di due ISO: “Oumuamua e la cometa 2I/Borisov. Devono essercene altre, probabilmente molte. Ma solo di recente abbiamo acquisito la tecnologia per vederle. Probabilmente ne scopriremo molte altre presto, grazie a nuove strutture come l’Osservatorio Vera C. Rubin.

In un nuovo articolo presentato al The Planetary Science Journal , un trio di ricercatori ha approfondito la questione degli ISO nel nostro sistema solare. Il titolo dell’articolo è “Sul destino degli oggetti interstellari catturati dal nostro sistema solare”. Il primo autore è Kevin Napier del Dipartimento di Fisica dell’Università del Michigan.

Allo stato attuale, non esiste un modo affidabile per identificare i singoli oggetti catturati. Se gli astronomi potessero catturare un ISO nel processo di cattura, sarebbe fantastico. Ma il sistema solare è terribilmente complesso e ciò rende difficile l’identificazione degli ISO. “Data la complessa architettura dinamica del sistema solare esterno, non è semplice determinare se un oggetto sia di origine interstellare”, scrivono gli autori.

Questa figura dello studio mostra alcuni risultati di simulazione. Ogni linea blu è un ISO individuale. La parte superiore rappresenta la distanza del pericentro osculante in AU. Il fondo mostra l’inclinazione in gradi. Nelle loro simulazioni, i singoli oggetti non diventano distinguibili fino a dopo circa 100 milioni di anni. Quando una linea blu finisce, quell’ISO ha lasciato il sistema solare. Credito: Napier et al 2021

Non c’è stata molta opportunità di studiare né “Oumuamua né Borisov. Sono stati identificati come ISO per la loro velocità iperbolica in eccesso. Ciò significa che un oggetto ha la traiettoria giusta e una velocità sufficientemente elevata da sfuggire alla gravità di un oggetto centrale. In questo caso, il l’oggetto centrale è, ovviamente, il sole.

Quindi, è possibile acquisire gli ISO? Verosimilmente. “Il primo passo per indagare rigorosamente su questa domanda è calcolare una sezione trasversale di cattura per oggetti interstellari in funzione dell’eccesso di velocità iperbolica…” scrivono gli autori.

Ma questo è solo il primo passo, secondo gli autori. “Sebbene la sezione trasversale fornisca il primo passo verso il calcolo della massa delle rocce aliene che risiedono nel nostro sistema solare, dobbiamo anche conoscere la durata degli oggetti catturati”. I ricercatori hanno calcolato la durata degli oggetti utilizzando simulazioni, hanno cercato di capire cosa accade loro nel tempo nel nostro sistema solare e poi hanno creato un inventario attuale degli ISO catturati.

I ricercatori hanno identificato tre tendenze generali:

  • Per sopravvivere per più di qualche milione di anni, gli oggetti catturati devono in qualche modo sollevare i loro pericentri oltre Giove. (In questo caso, sopravvivere significa rimanere legati al sistema solare.)
  • Gli oggetti su orbite molto inclinate tendono a sopravvivere più a lungo di quelli su orbite planari.
  • Nessun oggetto ha raggiunto lo status transnettuniano permanente (cioè q=30 AU.)

This figure from the study shows the surviving fraction of captured ISOs over time. The black points represent the data from the simulation, and the blue line is the best fit according to the equation. It takes at least about 1 million years before enough orbits take place for an ISO to be ejected. Credit: Napier et al 2021

Nel primo caso, se un ISO non può sollevare il suo pericentro oltre Giove, sarà probabilmente trascinato nel gigante gassoso e distrutto. Nel secondo caso, gli oggetti su orbite molto inclinate hanno meno probabilità di incontrare un pianeta perché la maggior parte delle volte sono fuori dal piano del sistema solare. Gli oggetti su orbite planari hanno maggiori probabilità di incontrare un pianeta e di essere perturbati e rispediti nello spazio interstellare. Nel terzo caso, è difficile per un ISO ottenere lo status di transnettuniano permanente perché richiederebbe una catena di eventi molto improbabile.

Le simulazioni presentano alcune limitazioni, spiegate dagli autori. Hanno rappresentato solo i quattro pianeti più grandi del sistema solare e il sole. I corpi più piccoli o non sono massicci per avere molto effetto, o l’effetto che avrebbero è sminuito dal sole. Ignorano anche il degassamento, la pressione delle radiazioni dal sole o il trascinamento delle atmosfere planetarie, che sarebbero comunque estremamente rari e non potrebbero influenzare i risultati. “Ciascuna di queste approssimazioni è piuttosto modesta, quindi includerle farebbe relativamente poca differenza per le nostre conclusioni”, spiegano.

Nel complesso, la simulazione mostra che nel tempo la maggior parte dei corpi catturati verrebbe espulsa dal sistema solare. Ci vuole un po’, però. Questo perché la maggior parte delle ISO passerebbe semplicemente attraverso il sistema e quelle catturate in un’orbita instabile di qualche tipo passerebbero attraverso molte orbite, 30 in questo lavoro, prima di essere espulse. Questo perché gli oggetti catturati in genere hanno semiassi maggiori di 1000 UA con periodi orbitali di circa 30.000 anni. Quindi ci vuole almeno un milione di anni prima che qualsiasi ISO catturata possa essere espulsa.

I ricercatori hanno anche calcolato le popolazioni di ISO catturate che potrebbero trovarsi attualmente nel nostro sistema solare. Sottolineano che ci sono due periodi di tempo distinti in cui gli oggetti possono essere catturati che sono di interesse. Il primo è nei primi giorni del sistema solare, quando il sole è ancora nel suo ammasso di stelle di nascita e gli oggetti all’interno di quell’ammasso potrebbero essere catturati. Il secondo è quando il sole risiede nel campo.

Nelle loro simulazioni, il trio di scienziati ha utilizzato 276.691 oggetti interstellari sintetici catturati. Di questi, solo 13 sono sopravvissuti per 500 milioni di anni e solo tre oggetti sono sopravvissuti per un miliardo di anni. Ma questi risultati vengono forniti con avvertimenti dettagliati che sono meglio spiegati nel documento stesso.

Gli autori sottolineano che le loro simulazioni potrebbero essere utili per comprendere la panspermia. Se le sostanze chimiche necessarie per la vita, o anche la vita stessa, possono in qualche modo viaggiare tra i sistemi solari, è probabile che gli ISO giochino un ruolo. Forse il ruolo più importante.

Menzionano anche lo scenario del Pianeta Nove. Uno degli autori di questo articolo, Konstantin Batygin, insieme a Michael E. Brown, ha ipotizzato un cosiddetto Pianeta Nove. L’ipotesi del Pianeta Nove afferma che un altro pianeta circa 5-10 volte la massa della Terra si trova in un’ampia orbita con un semiasse maggiore da 400 a 800 UA. Il pianeta Nove, se esiste, impiegherebbe dai 10.000 ai 20.000 anni per completare un’orbita intorno al sole.

Secondo questo articolo, quando incluso nelle simulazioni, Planet Nine “… ha prodotto dinamiche ricche che non sono apparse nelle simulazioni, inclusi solo i quattro pianeti giganti conosciuti”.

 

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