È possibile che antichi sorvoli stellari influenzino ancora oggi la traiettoria delle comete a lungo periodo.

La missione Gaia ha permesso ai ricercatori di comprendere i movimenti delle stelle come mai prima d’ora, rivelando persino possibili interazioni tra il nostro sistema solare e le stelle vicine. Nathan Kaib, scienziato senior del Planetary Science Institute, e il suo collaboratore Sean Raymond (Università di Bordeaux) hanno scoperto che un recente passaggio stellare ha probabilmente innescato un enorme aumento nella formazione di comete, poiché la gravità della stella ha alterato le orbite degli oggetti della nube di Oort, spingendoli a cascata verso il sistema solare interno. Potremmo persino risentire ancora oggi degli effetti di questo passaggio. Questo lavoro viene presentato alla Divisione di Astronomia Dinamica dell’American Astronomical Society.

HD 7977 è una stella simile al Sole, situata nella costellazione di Cassiopea, il cui passaggio ravvicinato è stato scoperto dalla missione Gaia. Circa 2,5 milioni di anni fa, le orbite del Sole e di HD 7977 hanno portato le due stelle molto vicine, ma la distanza esatta è ancora oggetto di studio. I dati di Gaia suggeriscono che siano passate a una distanza compresa tra 4.000 e 25.000 unità astronomiche l’una dall’altra. Ora, Kaib e Raymond hanno dimostrato che le orbite delle comete a lungo periodo indicano che HD 7977 è arrivata a una distanza compresa tra 6.000 e 10.000 UA dal nostro Sole, innescando un’importante pioggia di nuove comete nel sistema solare interno.

Come Gaia ha rimodellato l’immagine

La missione Gaia era un telescopio dell’Agenzia Spaziale Europea che misurava con precisione le variazioni di posizione e luminosità di stelle e altri oggetti nella nostra galassia rispetto a quasar e galassie di sfondo. La combinazione di uno spettrografo per misurare i movimenti in avvicinamento e in allontanamento da noi e di telecamere ad alta risoluzione che misurano il movimento attraverso il cielo ha permesso di determinare i movimenti tridimensionali di circa l’1% degli oggetti nella nostra galassia, inclusi oggetti come la stella HD 7977. Questo ci permette di comprendere la storia del nostro sistema solare in modi nuovi.

Normalmente, la forza gravitazionale del disco della nostra galassia è la principale responsabile del cambiamento di orbita degli oggetti ghiacciati presenti nella parte esterna del sistema solare. Questa attrazione trasforma quello che un tempo era un disco di materiale in quella che i ricercatori calcolano essere attualmente una sfera di oggetti. Questa sfera, la nube di Oort, prende il nome dal suo scopritore, Jan Oort.

Questa attrazione galattica dovrebbe inoltre dominare le orbite delle nuove comete che entrano per la prima volta nel nostro sistema solare (gli effetti dei pianeti e il passaggio vicino al sole possono modificare radicalmente le orbite delle comete dopo il loro ingresso iniziale) e dovrebbe lasciare una traccia distintiva nella direzione in cui puntano le orbite delle comete rispetto al piano mediano della nostra Via Lattea.

Una spinta stellare nei dati

Se HD 7977 fosse passata così vicina come ipotizzato da Kaib e Raymond, la sua influenza gravitazionale avrebbe temporaneamente oscurato quella della galassia, e la sua traccia galattica sarebbe risultata assente dalle orbite attuali della cometa. Questo è esattamente ciò che Kaib e Raymond hanno scoperto analizzando le orbite delle nuove comete.

“La distribuzione delle orbite delle comete suggerisce che stiamo vivendo un periodo insolito in cui HD 7977 ha dominato la generazione di nuove comete, e non il più ampio campo gravitazionale della Via Lattea, come di solito accade. Ciò significherebbe anche che stiamo vivendo le fasi finali di uno sciame cometario piuttosto raro e potente”, afferma Kaib.

Per verificare questa ipotesi, Kaib e Raymond hanno eseguito una serie di simulazioni al computer per comprendere quali orbite cometarie sarebbero state osservate a seguito del passaggio di HD 7977 a diverse distanze. Questi modelli computerizzati sono stati poi confrontati con il passaggio di 112 comete a lungo periodo osservate dal 1989, anno in cui le indagini professionali hanno reso possibile individuare la maggior parte delle nuove comete in entrambi gli emisferi.

Il loro articolo è stato accettato dalla rivista The Planetary Science Journal ed è attualmente disponibile sul server di preprint arXiv .

Le comete a lungo periodo hanno orbite altamente ellittiche che in genere impiegano da migliaia a milioni di anni per completarsi. Le comete più recenti, al loro primo passaggio attraverso il sistema solare interno, hanno periodi orbitali misurati in milioni di anni, mentre le comete più vecchie, nei passaggi successivi, hanno periodi più brevi a causa delle precedenti interazioni ravvicinate con i pianeti. Le orbite osservate delle comete al loro primo passaggio attraverso il sistema solare corrispondono a quelle di HD 7977, innescando un’ondata di comete a lungo periodo che entrano nel nostro sistema solare. Le comete più vecchie, nei passaggi successivi, sono compatibili con l’attrazione gravitazionale del disco galattico, che determina le loro orbite.

Dove il modello presenta delle lacune

Questo, tuttavia, non è un risultato perfettamente pulito. Ciò è raro in ambito scientifico e, in questo set di dati, le dimensioni delle orbite delle comete non corrispondono bene ai modelli di avvicinamento della stella.

“Come in molti altri studi che simulano la produzione di comete a lungo periodo, abbiamo riscontrato che le dimensioni delle orbite delle nostre comete non corrispondono perfettamente alla distribuzione osservata. È possibile che nelle nostre simulazioni manchino alcuni importanti parametri fisici, ed è plausibile che ciò ci abbia portato a interpretare erroneamente i dati sulle orbite delle comete”, ha affermato Raymond.

È del tutto possibile che la struttura del nostro sistema solare sia più complessa di quanto previsto, oppure che le forze in gioco siano più complesse di quelle considerate nei modelli. Ed è persino possibile che entrambe queste situazioni svolgano un ruolo. Ad esempio, sappiamo che forze diverse dalla gravità, come le spinte esercitate dai getti di materia della cometa e persino dalla luce, possono contribuire a modificare le orbite.

Ulteriori prove sono in arrivo

“L’aspetto positivo della nostra previsione è che sarà verificabile a breve. Gaia continua a pubblicare nuovi dati sul movimento delle stelle e, tra 6 e 12 mesi, dovrebbe essere in grado di migliorare la nostra comprensione del moto di HD 7977 e dirci se abbiamo ragione o torto”, ha affermato Kaib.

Con il passare degli anni, si osservano sempre più comete e i telescopi più moderni ci permettono di osservare una maggiore varietà di oggetti, tra cui stelle e comete, con maggiore precisione. Inoltre, il progetto Legacy Survey of Space and Time del Vera Rubin Observatory individuerà un numero elevatissimo di nuove comete nel corso del prossimo decennio, consentendoci di determinare con maggiore certezza se la firma gravitazionale della nostra galassia sia presente o meno nelle orbite delle comete.

Una potenziale traccia del passaggio di HD 7977 tra le orbite osservate delle comete a lungo periodo

Si presume generalmente che il campo di marea del disco della Via Lattea sia la principale perturbazione che ha spinto le comete a lungo periodo osservate (LPC) dalla nube di Oort verso il sistema solare interno. L’influenza della marea sulla nube di Oort dovrebbe produrre una distinta anisotropia negli argomenti del perielio (  ) di LPC dinamicamente nuovi con assi semimaggiori (  ) oltre 10    Simulando la produzione di LPC dominata dalla marea galattica, scopriamo che le LPC dinamicamente nuove osservate sono più isotrope di quanto previsto. Nel frattempo, la nostra simulazione mostra un accordo molto migliore tra le LPC “di ritorno” simulate e osservate che hanno effettuato una manciata di passaggi attraverso il sistema solare interno prima della scoperta. L’isotropia delle nuove LPC può essere spiegata se la nube di Oort è molto meno concentrata centralmente di quanto previsto dal modello convenzionale di formazione della nube di Oort. Tuttavia, esiste anche una seconda possibilità. Ulteriori simulazioni che eseguiamo mostrano che le LPC osservate  le distribuzioni di LPC nuove e di ritorno possono essere entrambe ben replicate se la stella HD 7977 è passata entro  6000-10000 UA dal Sole  2,5 milioni di anni fa. In tale scenario, il nostro sistema solare sta ancora attraversando le fasi finali di uno sciame di comete. Queste simulazioni implicano che il flusso LPC osservato moderno è  due volte superiore al tasso a lungo termine (dominato dalle maree). Ciò implica anche che le stime della popolazione della nube di Oort dovrebbero essere riviste al ribasso di un fattore di  2. La nostra analisi LPC prevede che la prossima pubblicazione dei dati di Gaia favorirà un parametro di impatto di HD 7977 di  6000-10000 au.

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