I misteri della nuvola ghiacciata intorno al nostro Sistema Solare

Nei tratti più freddi e oscuri del nostro Sistema Solare, una regione ancora da visitare dalle astronavi umane, c’è una strana nuvola gelida che contiene materiale proveniente da altre stelle…

Per alcune settimane nell’estate del 2020, se avessi alzato lo sguardo in una notte limpida, è possibile che tu abbia individuato un raro visitatore nella nostra parte del Sistema Solare, una nuvola ghiacciata…

Attraverso il binocolo, aveva la forma di una classica cometa: un nucleo luminoso e una lunga coda formati dal ghiaccio che viene fatto esplodere in gas dal calore del sole. Potrebbe anche essere visto ad occhio nudo nell’emisfero settentrionale durante l’inizio di luglio.

Ma poi è scomparso. 

Nessuno che abbia visto quella cometa – dato il nome accattivante di C/2002 F3 (Neowise) – la vedrà mai più. Né lo faranno i loro figli. O in effetti saranno diverse generazioni dopo i figli dei loro figli. 

Questa particolare cometa non sarà più vista per altri 6.800 anni .

Il suo breve sorvolo, tuttavia, è stato notevole per più di quanto tempo ci sarebbe voluto per tornare (molte comete di breve periodo visitano i nostri cieli più volte nel corso della vita di una persona). 

Si pensa che C/2002 F3 (Neowise) provenga da una delle parti meno esplorate e più misteriose del nostro sistema solare: la vasta nuvola ghiacciata di Oort.

Si trova negli angoli più remoti del Sistema Solare, oltre la cintura di asteroidi e i giganti gassosi, più lontano dei ghiacciati mondi di Urano e Nettuno, e anche molto al di fuori della lontana orbita di Plutone. 

Si trova anche oltre il bordo esterno dell’eliosfera, la bolla di plasma emessa dal nostro Sole che racchiude il nostro Sistema Solare e segna l’inizio dello spazio interstellare.

Come un enorme guscio, la nuvola di Oort avvolge il nostro sistema solare, non solo lungo il piano in cui giacciono i pianeti, gli asteroidi e i pianeti nani, ma si estende in tutte le direzioni. 

L’unico problema è che non possiamo essere completamente sicuri che questa enorme cupola ghiacciata sia davvero lì.

Si pensa che la nuvola di Oort sia composta da miliardi, se non trilioni, di grumi di ghiaccio e roccia che si sono formati più o meno nello stesso periodo dei pianeti (Credit: Pablo Carlos Budassi)

Gli astronomi non hanno mai visto direttamente la nuvola di Oort e la navicella spaziale più lontana mai lanciata dall’umanità, la Voyager 1, non dovrebbe arrivarci prima di altri 300 anni. 

Ma nuove ricerche e imminenti missioni spaziali stanno iniziando a rivelare alcuni dei suoi segreti. 

Anche le visite di comete lontane come C/2002 F3 (Neowise) stanno fornendo alcuni indizi.

La nuvola di Oort fu predetta per la prima volta da Jan Oort nel 1950 per spiegare l’esistenza di comete come Neowise. 

A differenza delle comete di breve periodo, che di solito impiegano meno di 200 anni per orbitare attorno al Sole e provengono da un disco ghiacciato oltre Nettuno chiamato fascia di Kuiper, l’origine di quelle con orbite molto più lunghe era più difficile da spiegare. 

La maggior parte delle comete di lungo periodo impiegano tra 200 e 1.000 anni per completare un’orbita del Sole. Hanno anche orbite eccentriche, arrivando molto vicino al Sole e poi di nuovo estremamente lontano.

Oort ha teorizzato che queste comete potrebbero provenire da un guscio di oggetti distanti, fatto principalmente di roccia e ghiaccio, molto al di fuori dei confini del nostro sistema solare. 

Si pensa che questo enorme guscio di oggetti inizi da qualche parte a circa 190 miliardi di miglia (306 miliardi di km) a 470 miliardi di miglia (756 miliardi di km) dal Sole. 

Ciò equivale a 2.000-5.000 volte la distanza dalla Terra al Sole (una distanza di 93 milioni di miglia (150 milioni di km), nota come unità astronomica (AU)) o 0,03-0,08 anni luce. 

Alcune stime indicano che la nuvola si estenderà nello spazio fino a 100.000-200.000 AU (da 9,3 trilioni di miglia (15 trilioni di km) a 18 trilioni di miglia (29 trilioni di km). 

“Finora non abbiamo altre spiegazioni soddisfacenti per la continua fornitura di comete di lungo periodo che osserviamo”, afferma Cyrielle Opitom, che studia le comete e il sistema solare presso l’Università di Edimburgo. 

“Quando ricostruiscono i loro necrologi, sembrano condividere un afelio – la distanza più lontana dal sole – a circa 20.000 volte la distanza dal Sole alla Terra, in quella che chiamiamo la nuvola di Oort”.

Le origini della nuvola sono ancora un mistero. 

Potrebbe contenere fino a centinaia di miliardi o addirittura trilioni di planetesimi rocciosi, pezzi solidi di roccia o ghiaccio, simili alle comete, che sono spesso gli elementi costitutivi dei pianeti. 

Ma questi oggetti, tutti che vanno da pochi chilometri a poche decine di chilometri, sono troppo piccoli per essere visti direttamente dalla Terra anche con i nostri telescopi più potenti.

Se le loro previsioni sono accurate, la nuvola di Oort potrebbe contenere materiale estraneo al nostro sistema solare

Uno studio recente, tuttavia, ha offerto alcune informazioni su ciò che potrebbe essere necessario per la formazione della nuvola di Oort. 

Simon Portegies Zwart e i suoi colleghi dell’Università di Leiden, nei Paesi Bassi, hanno utilizzato una serie di simulazioni al computer per studiare come si è formata la nuvola, in ordine cronologico, per oltre 100 milioni di anni. 

È il primo studio a collegare insieme ogni fase della formazione della nuvola, piuttosto che esaminarli separatamente. 

I risultati mostrano che la nuvola “non si è formata in modo semplice, ma per una sorta di cospirazione della natura, in cui un certo numero di processi devono seguire l’esempio”, afferma Portegies Zwart. Pianeti, stelle e la Via Lattea hanno avuto tutti un ruolo da svolgere nella sua formazione, dice. 

“La complicazione del processo mi ha sorpreso.”

Ma i risultati indicano che è improbabile che il nostro sistema solare sia l’unico avvolto da una vasta nuvola ghiacciata. 

“Una volta mappati i vari processi, si sono rivelati una conseguenza piuttosto naturale dell’evoluzione del Sistema Solare”, afferma Portegies Zwart.

Il loro lavoro ha anche fatto previsioni su cosa potrebbe contenere la nuvola di Oort. Se le loro previsioni sono accurate, la nuvola di Oort potrebbe contenere materiale estraneo al nostro sistema solare: “Roba da altre stelle”, afferma Portegies Zwart.

L’idea che il nostro Sole possa aver rubato materiale da qualche altra parte è stata avanzata per la prima volta circa un decennio fa . 

“Nell’ammasso di stelle di nascita del Sole, le stelle gemelle sarebbero state rannicchiate abbastanza strette da permettere alle loro nuvole di comete di sovrapporsi e aggrovigliarsi”, afferma Michele Bannister, astronomo planetario dell’Università di Canterbury in Nuova Zelanda. 

“Poi si separarono mentre il gruppo si disperdeva.” Proprio come la nuvola di Oort potrebbe contenere comete di altre stelle, alcune delle nostre comete potrebbero ora orbitare attorno ad altre stelle in cambio.

Rispetto al sistema solare, la nuvola di Oort è un’enorme bolla di materiale che racchiude i pianeti e il nostro Sole (Credit: Mark Garlick/Getty Images)

Uno studio, del novembre 2020, suggerisce che gli oggetti interstellari potrebbero essere più numerosi di quelli del nostro Sistema Solare. 

Un altro, che ha pubblicato i risultati preliminari  all’inizio di quest’anno , ha identificato tre stelle che potrebbero essere passate attraverso la nuvola di Oort.

La quantità esatta di Oort Cloud proviene da altre stelle rimane un mistero, e anche studiare da vicino le comete potrebbe non rispondere. “Sarebbe molto difficile sapere quali comete non si sono formate qui, ma forse studi futuri sui visitatori della cometa interstellare in tempo reale ci daranno alcune informazioni su questo”, afferma Kat Volk, scienziato planetario dell’Università dell’Arizona.

I risultati di Portegies Zwart e del suo team suggeriscono che circa la metà delle cose nella parte interna della nuvola e un quarto della parte esterna della nuvola potrebbero essere state catturate da altrove.

Comprendere la nuvola di Oort – e le comete che ne derivano – potrebbe darci alcuni importanti indizi sulle origini del nostro Sistema Solare e su come si è formato. Questi oggetti sono tra i più incontaminati a portata di mano e si pensa che si siano formati nello stesso momento in cui si sono formati i pianeti.

“Sarebbe davvero fantastico poter praticare alcuni fori in alcuni oggetti di Oort Cloud e analizzare il materiale”, afferma Portegies Zwart.

Ma con Voyager 1, che è stato lanciato più di 40 anni fa, ancora solo un decimo della distanza dal bordo del Sistema Solare alla nuvola di Oort ed è improbabile che possa entrare in contatto diretto con qualcosa lì a meno che non si schianti, ottenere tali campioni potrebbe tardare ad arrivare.

Ci sono altri quattro veicoli spaziali che alla fine raggiungeranno la nuvola di Oort: Voyager 2, New Horizons e Pioneer 10 e 11. “Ma impiegheranno così tanto tempo per arrivarci che la loro fonte di energia morirà molto tempo prima di raggiungerla, “dice Opito. 

“È semplicemente troppo lontano.”

Gli studi hanno già trovato monossido di carbonio, acqua e altri tipi di carbonio e silicato nelle comete di Oort Cloud

Invece potrebbe essere più facile ottenere campioni da un pezzo di Oort Cloud che ci è arrivato. 

Gli scienziati stanno già raccogliendo indizi su ciò di cui sono fatti questi misteriosi oggetti dai dati che stanno raccogliendo dalle osservazioni di comete di passaggio sospettate di aver avuto origine lì.

Non abbiamo bisogno di andare alle comete per vedere di cosa sono fatte. I risultati iniziali di alcuni studi hanno trovato monossido di carbonio , acqua e altri tipi di carbonio e silicato nelle comete di Oort Cloud.

Ma c’è la speranza che sia anche possibile dare un’occhiata più da vicino a una di queste comete di Oort Cloud con una missione spaziale.

Missioni recenti come l’ orbita europea Rosetta e il lander Philae e il veicolo spaziale Deep Impact della Nasa hanno visitato le comete di passaggio. 

Anche altri veicoli spaziali, come le missioni giapponesi Hayabusa e Hayabusa2 e Osiris-Rex della Nasa, hanno prelevato campioni dagli asteroidi per riportarli sulla Terra. 

Ma non è così facile per le comete della nuvola di Oort, perché di solito non vengono scoperte fino a pochi anni prima di raggiungere il punto della loro orbita più vicino al Sole. 

“È un lasso di tempo molto breve per costruire una missione e inviarla per incontrare una cometa”, afferma Opitom.

Una missione imminente, tuttavia, mira a volare vicino a una cometa che è arrivata direttamente dalla nuvola di Oort piuttosto che a una che è stata oltre il Sole alcune volte prima. 

“Ci sono missioni di veicoli spaziali progettate per visitare nuove comete di lungo periodo lanciandole e poi aspettando in una sorta di orbita di parcheggio fino a quando non viene rilevato un bersaglio adatto”, afferma Volk. 

Uno di questi, il Comet Interceptor , che è stato recentemente selezionato dall’Agenzia spaziale europea, utilizzerà più veicoli spaziali per selezionare una cometa da mirare e quindi studiarla da vicino.  

Lo studio di comete come C/2020 F3 Neowise consente agli scienziati di ottenere informazioni su come sono fatti gli oggetti nella nuvola di Oort (Credit: Giulio Ercolani/Alamy)

“Questa è una missione molto eccitante… e si spera che ci permetterà di sondare per la prima volta una cometa molto incontaminata proveniente direttamente dalla nuvola di Oort”, afferma Opitom.

Prima del lancio di Comet Interceptor nel 2029, un telescopio attualmente in costruzione in Cile chiamato Vera Rubin Observatory inizierà a cercare comete di lungo periodo provenienti dalla nuvola di Oort quando sarà completato nel 2023.

“Questo ci consentirà di inviare missioni alle comete provenienti dalla Oort Cloud e questo è ciò che farà il Comet Interceptor, anche se non raccoglierà e non riporterà un campione”, afferma Opitom.

Studiare da vicino le comete ci consente di “monitorare come cambiano quando vengono riscaldate dal Sole quando si avvicinano dopo eoni nel congelamento profondo”, afferma Bannister. 

E se è la prima volta che visitano, potrebbero portare con sé dei segreti. Guardare direttamente le comete in questo modo potrebbe aiutare a rispondere a domande come quanto è grande la nuvola e quanta parte di essa proviene dal nostro sistema solare.

Mentre gli scienziati continuano a mettere insieme questi indizi per saperne di più sulla nuvola di Oort e raccogliere prove della sua esistenza, lo sapremo con certezza solo quando una delle nostre astronavi si avventurerà in questa regione sconosciuta dello spazio. 

Se la Voyager 1 riuscirà a sopravvivere per altri 300 anni, l’umanità avrà davvero raggiunto una nuova frontiera.