ʻOumuamua, il primo asteroide interstellare

Questo articolo, scritto in più riprese per tenere conto degli ultimi aggiornamenti, descrive la scoperta del primo asteroide interstellare mai osservato da quando è stato inventato il telescopio nel 1608 in Olanda.

Essendo il primo caso al mondo, il lettore non si deve stupire per i cambi di designazione che troverà descritti. Ho scelto di lasciare la descrizione degli eventi in forma cronologica per rendere l’idea del dibattito e l’interesse che la scoperta di questo corpo celeste sta suscitando fra gli astronomi di tutto il mondo. Una scoperta di cui tutti dobbiamo essere consapevoli.

Orbite chiuse e aperte

I corpi celesti in orbita attorno al Sole (come ci insegna la I Legge di Keplero), si muovono su orbite ellittiche, di cui la nostra stella occupa uno dei fuochi. Queste orbite possono essere molto allungate, cioè ad elevata eccentricità (valore che si indica con la lettera e), specialmente per quanto riguarda le comete che provengono dalla Nube di Oort, una estesa nube di corpi minori ghiacciati che circonda il Sistema Solare fra le 50.000 e le 100.000 UA dal Sole.

Per un’orbita ellittica il valore dell’eccentricità e è compresa fra 0 (orbita circolare) e 1 (escluso), mentre l’energia totale (somma dell’energia cinetica e di quella potenziale gravitazionale), che possiede il corpo è minore di zero, cioè il corpo è vincolato al Sole.

In teoria, per due corpi soggetti alla reciproca forza di gravità, sono possibili altre due orbite oltre alle ellissi: le orbite paraboliche (= 1) e quelle iperboliche (> 1). In entrambi i casi si tratta di curve aperte, quindi sono possedute da corpi non legati in modo permanente al Sole. I corpi su orbita parabolica hanno energia totale pari a zero, mentre quelli su orbita iperbolica hanno energia totale maggiore di zero.

Ad esempio, un corpo minore (cometa o asteroide) espulso dal proprio sistema di origine in seguito alla interazione gravitazionale con un gigante gassoso e in arrivo dallo spazio interstellare in generale si muoverebbe su un’orbita iperbolica e avrebbe un’energia totale superiore a zero.

La scoperta della strana “cometa” C/2017 U1

Attualmente sono note 337 comete di lungo periodo con e > 1, tuttavia sono corpi appartenenti alla nube di Oort che sono stati accelerati al di sopra della velocità di fuga del Sistema Solare da perturbazioni planetarie e/o forze di reazione dovute a degassamento asimmetrico. Fino all’inizio dell’ottobre 2017 nessuna cometa era mai stata osservata muoversi su un’orbita marcatamente iperbolica. Tuttavia il 18 ottobre 2017 le cose improvvisamente cambiano. Infatti in questa data il telescopio Pan-STARRS 1, sito nelle Hawaii, scopre un debole oggetto che sembra muoversi su un’orbita molto allungata, tipica delle comete.

Dopo la ripresa delle immagini della scoperta è seguita la consueta fase di conferma (follow-up), da parte di decine di osservatori (fra cui il team dell’Osservatorio di San Marcello Pistoiese in Italia). Finalmente, il 25 ottobre 2017 alle 03:53 UT, esce la circolare numero 2017-U181 edita dal Minor Planet Center che riporta le osservazioni astrometriche fatte su questo corpo minore che viene battezzato C/2017 U1 (PANSTARRS). Però gli elementi orbitali indicano che non si tratta di un corpo celeste che si muove su una ellissi molto allungata, al contrario in questo caso si tratta proprio di un’orbita marcatamente iperbolica, con una eccentricità e=1.18! Il caso è talmente interessante che nella circolare si specifica che:

<<Further observations of this object are very much desired. Unless there are serious problems with much of the astrometry listed below, strongly hyperbolic orbits are the only viable solutions.>> [Ulteriori osservazioni di questo oggetto sono molto desiderabili. A meno che ci siano seri problemi con le osservazioni astrometriche riportate sotto, un orbita marcatamente iperbolica è la sola soluzione possibile.]

1I_Oumuamua_1910_01
Immagine di conferma dell’asteroide interstellare ‘Oumuamua (ex C/2017 U1), ripresa il 19 ottobre 2017 dall’Osservatorio di San Marcello Pistoiese (PI) (Credits: P. Bacci, M. Maestripieri).

Dall’orbita della circolare del 25 ottobre risulta che il passaggio al perielio di questo corpo celeste si è verificato il 9 settembre 2017 a una distanza di 0.25 UA dal Sole (circa 37.5 milioni di km), mentre la MOID (Minimum Orbit Intersection Distance) con la Terra risulta di sole 0.095 UA e questo lo classifica anche come oggetto near-Earth. Le prime stime della magnitudine assoluta danno valori piuttosto elevati (H=+22.1) e questo indica una dimensione effettiva compresa fra 100 e 250 metri, quindi si tratta di un oggetto piuttosto piccolo.

C2017U1_PanStarrs
L’orbita marcatamente iperbolica della “cometa” C/2017 U1 visualizzata usando il tool grafico del JPL Small-Body Database Browser.

Un colpo di scena: da cometa ad asteroide

Il lettore avrà notato il prefisso C/ utilizzato nella designazione di C/2017 U1. In effetti il prefisso C/ viene usato per identificare le comete a periodo molto lungo o non periodiche (su orbite iperboliche/paraboliche). La sera del 25 ottobre 2017 alle 22:22 UT il Minor Planet Center pubblica una ulteriore circolare, la MPEC 2017-U183, in cui la designazione di C/2017 U1 viene cambiata in A/2017 U1. Il prefisso A/ è usato per i corpi minori erroneamente identificati come comete ma che in realtà sono asteroidi. Come mai questo cambio di opinione? In realtà al Minor Planet Center non hanno cambiato idea, ma si sono adeguati ai risultati delle osservazioni. Si è passati dal considerare questo corpo celeste un asteroide perché, immagini CCD profonde riprese al Very Large Telescope dell’ESO, non mostrano la chioma e la coda, cioè i tratti tipici di una cometa.

Caratteristiche fisiche

In generale, per la caratterizzazione fisica di un asteroide, è necessario esaminare come varia la luce riflessa/emessa dalla sua superficie sia in funzione del tempo sia della lunghezza d’onda. In questo modo si può stabilire il periodo di rotazione, la forma, la riflettività superficiale e la classificazione tassonomica. Chi vuole approfondire il tema degli spettri asteroidali e la difficoltà della loro interpretazione si può leggere l’articolo “I colori degli asteroidi” su questo stesso blog.

Il 26 ottobre 2017 con il telescopio da 5 metri di apertura di Monte Palomar è stato ripreso uno spettro dell’asteroide interstellare in un range che va da 550 a 900 nm (Masiero, 2017). Al momento dell’osservazione l’asteroide aveva un angolo di fase (l’angolo Sole-asteroide-Terra) di 19° ed era a 0.4 UA dalla Terra.

Lo spettro ha un basso rapporto segnale rumore perché al momento della ripresa il corpo era di magnitudine superiore alla +21 e non mostra particolari bande di assorbimento. Si tratta di uno spettro piuttosto piatto ma con tendenza a salire verso il rosso, un andamento qualitativamente simile a quello degli asteroidi più rossi della Fascia di Kuiper. Questo tipico colore rosso che possiedono diversi TNO è dovuto alla presenza della tolina, una serie di composti organici che si ottengono dal ghiaccio di azoto, monossido e biossido di carbonio quando sono bombardati dalla radiazione ultravioletta del Sole. Quindi A/2017 U1 potrebbe essere un oggetto proveniente da un sistema planetario avente una fascia asteroidale esterna simile alla nostra, che ha viaggiato probabilmente per milioni di anni nello spazio e che si è ricoperto di tolina in seguito al bombardamento di raggi UV o cosmici che ne hanno alterato la struttura superficiale. Altre osservazioni, condotte sempre da Monte Palomar, hanno confermato questo andamento dello spettro (Quan-Zhi Ye et al., 2017).

Osservazioni fotometriche ottenute il 25/26 e 29/30 ottobre con il Nordic Optical Telescope da 2,5 metri di diametro collocato a La Palma e il 28 ottobre usando il telescopio WIYN da 3,5 m di diametro al Kitt Peak National Observatory in Arizona hanno mostrato che l’asteroide ruota attorno al proprio asse in circa 8 ore, con una ampiezza di ben 2 magnitudini (Jewitt et al., 2017). Si tratta di un valore molto elevato che indica un asteroide molto allungato, con un rapporto fra gli assi di almeno 6:1.

Lightcurve_Oumuamua
La curva di luce raw (non corretta per l’angolo di fase), del primo asteroide interstellare. Il periodo di rotazione è solo indicativo (Creditis: Jewitt et al., 2017)

Gli indici di colore ottenuti sono B – V = 0,70 ± 0,06 e V – R = 0,45 ± 0,05. Questi valori sono tipici degli asteroidi di tipo D come i Troiani di Giove, quindi si tratterebbe di un oggetto meno rosso di quanto indicherebbero gli spettri di cui si parlava prima.

Da dove arriva A/2017 U1?

Questa è una domanda a cui non è banale dare una risposta. Per ottenere la direzione di provenienza di A/2017 U1 bisogna proiettare indietro nel tempo la posizione dell’asteroide sull’orbita che è stata determinata e vedere in che zona del cielo va a finire.

Se con il software Find_Orb di Bill Gray si mettono in input le osservazioni astrometriche pubblicate dal Minor Planet Center nella MPEC 2017-U183 si ottengono gli elementi orbitali parabolici di A/2017 U1 e, a questo punto, diventa possibile calcolare una effemeride indietro nel tempo. In questo modo si ha una indicazione di dove si trovi il radiante dell’orbita iperbolica di A/2017 U1 e quindi della sua provenienza.

Find_Orb_A2017U1
La finestra di Find_Orb con 41 osservazioni astrometriche dell’asteroide A/2017 U1, fatte dal 18 al 25 ottobre 2017. Il best fit restituisce un’orbita parabolica con un residuo di soli 0.61″. Notare l’incertezza molto bassa sul valore della eccentricità iperbolica.

Andando indietro nel tempo di circa 50.000 giorni ci si trova nel dicembre 1880, con l’asteroide a circa 750 UA dal Sole e dalla Terra in avvicinamento, rispetto al Sole, alla velocità di 25.6 km/s. In questa data l’oggetto è talmente distante che le coordinate della sua posizione in cielo cambiano pochissimo, anche nel corso di decenni. Il radiante si trova quindi alle coordinate equatoriali: AR=18h 49m, Dec=+35° 04′ (J2000). Queste coordinate cadono in prossimità dell’apice solare (che si trova in AR=18h 28m, Dec=+30°), cioè la direzione in cielo verso la quale si sposta tutto il Sistema Solare, relativamente alle stelle vicine, con una velocità di circa 11 km/s. Una direzione da cui è effettivamente più probabile intercettare corpi celesti interstellari. Considerato che l’asteroide ha una velocità all’infinito di 25.6 km/s rispetto al Sole e che il Sole avanza verso l’apice alla velocità di 11 km/s rispetto alle stelle vicine l’asteroide, secoli fa, doveva avere una velocità di circa 14.6 km/s rispetto alle stelle vicine al Sole.

Radiante_A2017U1_marked
La posizione approssimata del radiante dell’asteroide A/2017 U1 e quella dell’apice solare. Sullo sfondo la costellazione della Lyra con la stella Vega (mappa ottenuta con Carte du Ciel 3).

Al momento non si sono trovate stelle vicine da cui sicuramente possa provenire l’asteroide ma è una impresa disperata perché l’incontro di un oggetto interstellare con il Sistema Solare è un evento raro. Il libero cammino medio di un oggetto che si sposta nello spazio interstellare, cioè la distanza media l che si può percorrere prima di essere scoperto in un sistema planetario, è dato da:

l = 1/(πR² ρ)

Qua ρ è la densità di stelle nei paraggi del Sole, mentre R è la distanza a cui l’asteroide può essere scoperto mentre passa nel sistema planetario. Considerato che all’altezza del Sole la distanza media fra le stelle è di circa 5 anni luce, allora ρ = 1/5³=0.008 stelle/anno luce³. Per R si può assumere 10 UA = 0.00016 anni luce. Con questi numeri si trova l = 1,5 miliardi di anni luce, una distanza di gran lunga superiore al diametro della galassia (circa 100.000 anni luce). Alla velocità di 25.6 km/s questo asteroide interstellare può essere benissimo in viaggio da miliardi di anni. Difficile risalire al sistema planetario di origine con questo abisso temporale!

Dove andrà A/2017 U1?

Dopo essere passato al perielio il 9 settembre di quest’anno A/2017 U1 si sta rapidamente allontanando dal Sistema Solare interno. Il 31 dicembre 2017 si troverà all’altezza della Fascia Principale degli asteroidi a 2.8 UA dal Sole, in allontanamento dalla nostra stella alla velocità di ben 35.2 km/s. Alla fine del 2020 sarà già a 21.3 UA dal Sole, oltre l’orbita di Urano, in movimento alla velocità di 27.5 km/s. Nel 2027 infine avrà superato la Fascia di Kuiper e tornerà nello spazio interstellare con la stessa velocità con cui è arrivato, circa 25.6 km/s. La direzione in cielo verso cui si allontanerà definitivamente A/2017 U1 si trova alle coordinate: AR=23h 52m, Dec=+24° 49′ (J2000), un punto che cade all’interno del quadrato della costellazione di Pegaso.

L’asteroide interstellare ha un nome: ʻOumuamua

Con la MPEC 2017-V17 del 6 novembre 2017 il Minor Planet Center ha reso noto, in accordo con la IAU (International Astronomical Union), la nomenclatura concepita ad hoc per gli oggetti provenienti dallo spazio interstellare.

I corpi minori di origine interstellare saranno indicati da una “I” seguita da un numero progressivo. Questa nuova identificazione sarà formalmente simile alla numerazione delle comete e l’assegnazione dei numeri sarà sempre a cura del Minor Planet Center. Le denominazioni provvisorie per gli oggetti interstellari utilizzeranno il prefisso C/ o A/ (a seconda dei casi), a cui seguirà la designazione usando il sistema in uso per le comete.

Di conseguenza, l’oggetto A/2017 U1 riceve la designazione permanente 1I e il nome sarà ‘Oumuamua. Il nome, che è stato scelto dal team di Pan-STARRS che ha scoperto l’asteroide, è di origine hawaiana e vuole indicare che questo oggetto è come un messaggero inviato dal lontano passato per raggiungerci (‘ou significa raggiungere per, e mua, con il secondo mua messo per enfasi, significa primo). Le forme corrette per fare riferimento a questo oggetto sono pertanto: 1I; 1I/2017 U1; 1I/’Oumuamua; e 1I/2017 U1 (‘Oumuamua).

Artist’s impression of the interstellar asteroid `Oumuamua
Una rappresentazione artistica immaginaria di ‘Oumuamua, qui mostrato con un rapporto fra gli assi pari a 10 (Credits: European Southern Observatory/M. Kornmesser).

Conclusioni

Naturalmente più osservazioni astrometriche ci sono e meglio si può determinare l’orbita ma ho notato che, a mano a mano che si aggiungono nuove osservazioni astrometriche, l’orbita iperbolica non cambia, anche tenendo conto delle perturbazioni gravitazionali esercitate dai pianeti. Il quadro non muta anche cambiando l’epoca di calcolo degli elementi orbitali, l’orbita resta marcatamente iperbolica. Quindi si tratta realmente di un asteroide interstellare. Purtroppo l’asteroide si sta allontanando rapidamente dalla Terra e diventerà sempre più debole e difficile da osservare anche con i più grandi telescopi al mondo. Comunque siete avvisati: nel Sistema Solare si trova un asteroide proveniente dallo spazio interstellare, cioè un oggetto la cui origine si trova in un altro sistema planetario!

Quali segreti potrebbe racchiudere al suo interno un corpo celeste di questo tipo? Non lo sappiamo, ma voglio chiudere con una frase del celebre romanzo di fantascienza “Incontro con Rama“, pubblicato da Arthur C. Clarke nel 1972: <<L’incontro, a lungo atteso e temuto, era finalmente prossimo. L’umanità stava per accogliere il primo ospite venuto dalle stelle.>>

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