29P/Schwassmann-Wachmann, una cometa esplosiva!

Esiste un corpo celeste unico nel suo genere, che ogni appassionato di corpi minori dovrebbe osservare almeno una volta nella vita: la cometa 29P/Schwassmann-Wachmann. Questa cometa è stata scoperta il 15 novembre 1927 da Arnold Schwassmann e Arno Arthur Wachmann, dall’Osservatorio di Amburgo a Bergedorf (Germania). Per poterne apprezzare in pieno le proprietà è necessario rivedere brevemente il meccanismo fisico alla base dell’attività di una cometa.

Figura1
La cometa 29P/Schwassmann-Wachmann ripresa nell’ottico il 22 gennaio 2009 durante un outburst. Notare il getto di gas e polveri emesso dal nucleo in direzione S-SW (in basso a destra).

La sublimazione di una cometa

Il nucleo di una tipica cometa, secondo il classico modello di Whipple (1949), è essenzialmente un blocco di ghiaccio d’acqua (H2O) misto a particelle di polvere. I nuclei hanno un diametro medio di 10 km e una densità media dell’ordine di 0,5-1 g/cm3. Quando il nucleo, percorrendo la propria orbita eliocentrica, si trova a meno di 3 UA dal Sole, il ghiaccio d’acqua sublima in modo significativo (ossia 1022 molecole m2/s). Per questo motivo la distanza di 3 UA dal Sole viene anche chiamata linea della neve. La sublimazione è il passaggio diretto dallo stato solido allo stato gassoso, senza passare per lo stato liquido. In questo modo si produce un’estesa atmosfera di gas e polveri attorno al nucleo stesso, la coma. Avvicinandosi ancora di più al Sole, l’interazione dalla coma con la radiazione e il vento solare forma, in direzione approssimativamente opposta al Sole, le code di polveri e di plasma della cometa, con lunghezze dell’ordine, rispettivamente, delle decine e centinaia di milioni di km. Tuttavia, oltre al ghiaccio di H2O, nei nuclei cometari possono essere presenti, come componenti minoritari, i ghiacci del monossido di carbonio (CO) e biossido di carbonio (CO2). Questi ultimi hanno la proprietà di sublimare a temperature più basse rispetto al ghiaccio d’acqua. Il ghiaccio di CO2 sublima fino a circa 10 UA, mentre quello di CO arriva fino a 25 UA, entrambi con un tasso paragonabile a quello dell’acqua a 3 UA. E ora torniamo alla nostra cometa.

La 29P/Schwassmann-Wachmann

La 29P/Schwassmann-Wachmann, si muove su un’orbita eliocentrica a bassa eccentricità (e = 0,045) con un semiasse maggiore di 5,986 UA, quindi al perielio arriva a 5,72 UA dal Sole, mentre all’afelio si porta a 6,25 UA (è una cometa appartenente alla famiglia di Giove).

orbit-29P
L’orbita eliocentrica della cometa 29P/SW è completamente esterna all’orbita di Giove e ha una inclinazione di circa 9,4° sull’Eclittica (JPL Small-Body Database Browser).

La 29P si trova quindi in un intervallo di distanze eliocentriche in cui la sublimazione del ghiaccio d’acqua è scarsa. Tuttavia, a differenza delle comete “normali”, il nucleo della 29P si mostra come un oggetto di magnitudine +16, circondato da una coma permanente. Improvvisamente, si verificano degli outburst, delle esplosioni del nucleo, con un’intensa emissione di gas e polveri. In queste condizioni la 29P può aumentare la propria luminosità di 1-4 magnitudini. In generale, l’outburst ha una durata di una o due settimane, dopo il quale il nucleo torna allo stato di quiete. In media ci sono circa 7 outburst all’anno. Ad esempio, fra il 2000 e il 2007, per questa cometa sono stati registrati 28 outburst di ampiezza superiore ad una magnitudine e della durata complessiva di 3-4 giorni, senza nessuna forma di periodicità. Gli outburst sono del tutto imprevedibili. La cosa interessante è che, nella coma della 29P, tramite spettroscopia radio, è stata osservata la presenza del CO. Il tasso di produzione è di 2·1028-5·1028 molecole s−1 (circa 1018 molecole m2/s), che aumenta di un fattore 4 durante un outburst. La velocità osservata di espulsione del gas è dell’ordine dei 480 m/s nell’emisfero diurno, di 300 m/s in quello notturno. La quantità di CO prodotta dal nucleo espelle anche le polveri, ed è sufficiente per creare la coma permanente osservata. Il nucleo della 29P ha un diametro di circa 30 km e i getti emessi durante gli outburst indicano un periodo di rotazione del nucleo di 14 o 32 ore, il valore è incerto. La 29P non è l’unica cometa a presentare un’attività a grandi distanze eliocentriche ma, sicuramente, è fra i casi più interessanti.

Figura2
La cometa 29P/Schwassmann-Wachmann ripresa dal Telescopio Spaziale Spitzer il 24 novembre 2003 a 24 mm. L’immagine mostra l’emissione infrarossa delle polveri presenti nella coma e coda della cometa (NASA/JPL-Caltech/D. Cruikshank (NASA Ames) & J. Stansberry (University of Arizona)).

Nuclei attivi a grande distanza dal Sole

L’attività dei nuclei cometari a grandi distanze dal Sole è difficile da giustificare con il consueto meccanismo di sublimazione del ghiaccio d’acqua: le temperature sono troppo basse, occorre cercare processi alternativi. A questo proposito, un modello interessante per la 29P, è quello proposto nel 1997 da Enzian e colleghi (Astronomy & Astrophysics 319, 995-1006, (1997)).

Il comune ghiaccio d’acqua possiede una struttura cristallina, cioè le molecole sono disposte secondo una struttura ordinata. Se la temperatura cui si forma il ghiaccio è molto bassa, dell’ordine di poche decine di gradi Kelvin (come quella in cui si sono formati i nuclei cometari), il ghiaccio d’acqua è amorfo, cioè privo della struttura ordinata che ha il ghiaccio comune. In questo caso, la densità è inferiore a quella del ghiaccio normale ma, se riscaldato al di sopra dei 153 K, le molecole d’acqua si riordinano con una reazione irreversibile di tipo esotermico (cioè con rilascio di calore). Nel modello di Enzian, il nucleo cometario è un aggregato di ghiaccio d’acqua amorfo arricchito con un 10% di monossido di carbonio (CO), e poco compatto (densità media di 0,45 g/cm3). Come tutte le comete, il ghiaccio è  misto a polvere, che ne forma la componente non volatile. L’intero nucleo è preso con una composizione uniforme. Una parte del CO può sublimare direttamente, mentre un’altra frazione è intrappolato nella matrice di ghiaccio d’acqua amorfo e può essere rilasciato solo durante la transizione da amorfo a cristallino. Il nucleo della cometa ruota abbastanza lentamente e, quando la temperatura delle regioni amorfe in superficie supera i 153 K a seguito del riscaldamento solare, ecco che la trasformazione da ghiaccio d’acqua amorfo a quello cristallino riscalda il CO che sublima in modo esplosivo fino al limite di rottura della crosta cometaria dando luogo all’outburst. Il CO porta con se le particelle di polvere e si ha una lenta erosione del nucleo. Questo processo espone al Sole nuove porzioni di ghiaccio d’acqua amorfo e la cristallizzazione prosegue, coinvolgendo strati sempre più profondi del nucleo. L’erosione è un processo necessario per il mantenimento dell’attività, altrimenti il ghiaccio amorfo, posto in profondità, non potrebbe essere riscaldato fino al punto di cristallizzazione. Il modello di Enzian riesce a spiegare i tassi di produzione di gas e polveri della 29P necessari per mantenere la coma osservata, fornisce una spiegazione per il meccanismo degli outburst e può giustificare l’attività di altri oggetti anomali, come il Centauro (2060) Chirone.

Un pensiero su “29P/Schwassmann-Wachmann, una cometa esplosiva!

Rispondi

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione /  Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione /  Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione /  Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione /  Modifica )

w

Connessione a %s...