2I/Borisov è una cometa di “inequivocabile” origine interstellare

Nel 1584 Giordano Bruno pubblica a Londra il dialogo filosofico “De l’infinito, universo e mondi”. In quest’ opera lo stesso filosofo esprime un’idea completamente rivoluzionaria per l’epoca: le stelle sono come il nostro Sole e attorno a ciascuna di esse orbitano corpi e pianeti, anche come il nostro. Fin da subito l’idea di Bruno ebbe difficoltà ad essere accettata e rimase senza conferme sperimentali per esattamente 400 anni, fino al fatidico 1984.

Giordano Bruno aveva ragione!

Un anno prima il telescopio spaziale IRAS aveva osservato un anomalo eccesso di radiazione infrarossa provenire dalle stelle Fomalhaut, Beta Pictoris, Epsilon Eridani e Vega. Questo spinse i ricercatori a fare osservazioni ulteriori per spiegare tale arcano. Nel 1984 viene scoperta la causa di tale anomalia attorno a Beta Pictoris: un disco circumstellare, un disco di polveri e particelle solide che circonda la stella.

Oggi si ritiene che da tali particelle, scontrandosi tra di loro e compattandosi, si formino i pianeti e i corpi minori (pianetini, comete ed asteroidi) di tutti i sistemi stellari, compreso il nostro. Questo implica che il sistema stellare di Beta Pictoris è “giovane” rispetto al nostro Sistema Solare. Infatti si stima che il Sole abbia un’età di circa 5 miliardi di anni, mentre Beta Pictoris di circa 20 milioni di anni. In seguito sono stati scoperti altri dischi attorno alle altre stelle con eccesso di infrarosso. In particolare attorno a Fomalhaut è stato osservato un anello di detriti polverosi simile alla Fascia di Kuiper del nostro Sistema Solare.

Ricerca di corpi minori fuori dal Sistema Solare

Nel 1995 venne scoperto il primo esopianeta (pianeta al di fuori del Sistema Solare), 51 Pegasi b. Oggi sono noti ben più di 4000 esopianeti confermati in più di 3000 sistemi stellari e altri 4000 sono in attesa di conferma. La ricerca di esopianeti è florida e ben nota al pubblico. Invece, per quanto riguarda la ricerca di dischi circumstellari ed “esocomete” i risultati non sono notevoli come quelli della ricerca di esopianeti. Queste differenze sono dovute alla principale difficoltà che si incontra nella loro ricerca: questi oggetti non sono sorgenti luminose, la loro visione viene ostacolata dalla luminosità predominante della stella attorno a cui orbitano e la loro influenza gravitazionale sulla loro stella può essere molto difficile da osservare.

Questo fa sì che con oggetti più grandi e massivi come pianeti è più facile osservare variazioni della luminosità dovute al passaggio del pianeta davanti alla stella, moti della stella attribuibili alla loro interazione gravitazionale o addirittura osservarli direttamente di quanto sia possibile farlo con oggetti più minuti quali comete ed asteroidi. Nonostante ciò, si sono osservate circa 6000 esocomete, ma attorno a sole 11 stelle , tra cui la stessa Beta Pictoris. Per quanto riguarda i dischi circumstellari , al momento ne risultano scoperti 231. In tale quadro ha destato molto entusiasmo la scoperta di Oumuamua il 19 ottobre 2017 da parte del telescopio Pan-STARRS1 nelle Hawaii. Esso rimane tuttora l’unico asteroide di origine molto probabilmente interstellare ad essere osservato nel Sistema Solare. 2I/Borisov è la prima cometa di origine interstellare nel nostro Sistema Solare?

La cometa 2I/Borisov

Con il nome ufficiale provvisorio di C/2019 Q4 (Borisov), si era subito compreso che 2I/Borisov è una cometa a causa del suo aspetto sfocato, indice del fatto che l’oggetto ha probabilmente un corpo ghiacciato centrale che produce una nube circostante di polvere e particelle. Tale nube si forma quando, avvicinandosi al Sole, la cometa si riscalda e le sostanze volatili che la compongono evaporano. Le sostanze volatili sono sostanze che messe in certe condizioni di temperatura e pressione tendono ad evaporare facilmente. Nelle comete esse sono solitamente ghiaccio d’acqua, ghiaccio secco, ammoniaca e metano. La professoressa Karen Meech e il suo team presso l’Università delle Hawaii hanno anche compiuto osservazioni sulle dimensioni della cometa che indicano per lo stesso nucleo un diametro compreso tra circa 2 e 16 chilometri.

Fin da subito l’oggetto ha mostrato di avere un moto abbastanza strano per una cometa del Sistema Solare. Sicuramente non è una cometa a breve periodo perché queste comete orbitano relativamente vicine al Sole, quindi sarebbe una cometa già osservata. Questo ha spinto ad ipotizzare che sia una cometa a lungo periodo, proveniente dalla Nube di Oort. Prima di procedere, però, una piccola parentesi “tecnica”.

Orbite e Prima Legge di Keplero

Le comete a lungo periodo hanno solitamente delle orbite ellittiche molto schiacciate, o in termini “tecnici” orbite ellittiche con eccentricità vicina a 1. L’eccentricità è un parametro che contraddistingue le orbite dei corpi nel Sistema Solare. Infatti, per la Prima Legge di Keplero l’orbita di un corpo del Sistema Solare attorno al Sole è una conica di cui il Sole occupa un fuoco. Le coniche sono figure geometriche quali cerchio, ellisse, parabola ed iperbole. L’eccentricità di una conica è:

• • uguale a 0 se la conica è un cerchio;
  • compresa tra 0 e 1 se è un’ellisse;
  • uguale a 1 se è una parabola;
  • maggiore di 1 se è un’iperbole.

I valori dell’eccentricità di un’orbita dipendono dall’energia E del corpo:
\(\)\[
E=\frac{1}{2}mv^{2}-\frac{GM_{s}m}{r}
\]\(\)
dove m è la massa del corpo, Ms è la massa del Sole, v la velocità del corpo, r è la distanza corpo-Sole e G è la costante di gravitazione universale.

Il termine \(\)\[\frac{1}{2}mv^{2}\]\(\) si chiama energia cinetica , mentre il termine \(\)\[-\frac{GM_{s}m}{r}\]\(\) si chiama energia potenziale gravitazionale. Se l’energia è negativa, quindi l’energia cinetica è minore dell’ opposto dell’energia potenziale gravitazionale, il corpo avrà un’orbita limitata e con eccentricità minore di 1. Tale corpo si dirà essere “legato gravitazionalmente” al Sole. Se l’energia è maggiore o uguale a zero l’eccentricità dell’orbita sarà maggiore o uguale a 1. Un parametro dell’orbita che dipende solo da energia ed eccentricità è la distanza tra Sole e perielio. Il perielio è il punto dell’orbita più vicino al Sole.

Perturbazioni delle orbite

La Prima Legge di Keplero varrebbe in modo esatto, però, se il corpo sentisse la sola attrazione gravitazionale del Sole. In realtà, il moto di un qualsiasi corpo attorno al Sole risente delle “perturbazioni” dovute agli altri corpi del Sistema Solare. Per esempio, la Terra ha un’orbita ellittica, ma a causa delle perturbazioni dovute soprattutto a Luna e pianeti (in particolare Marte e Giove):

• • l’eccentricità oscilla tra 0 e 0,06;
  • il piano eclittico (ovvero quello dell’orbita della Terra) ha un’inclinazione variabile con ampiezza di 15 gradi;
  • il perielio ruota lentamente nello stesso senso del moto terrestre, compiendo una rotazione intera in circa 110.000 anni.

Le perturbazioni possono essere importanti e casuali in un ambiente come la Nube di Oort pieno di corpi ghiacciati e di polvere interstellare. Inoltre, se la cometa si avvicina al Sole si riscalda e le sostanze volatili che la compongono evaporano, provocando altre perturbazioni. Quest’ultimo caso provoca le perturbazioni più importanti.

Anche se le perturbazioni casuali fossero importanti, però, è difficile aspettarsi grandi variazioni dell’eccentricità per una cometa. Per esempio, C/1980 E1 (Bowell) è stata la cometa del Sistema Solare con l’orbita più eccentrica mai misurata prima di scoprire 2I/Borisov. L’eccentricità della sua orbita era 1,057 e di conseguenza l’orbita era leggermente iperbolica. A questo punto è comprensibile la sorpresa degli astronomi quando agli inizi di Settembre, studiando il moto della cometa Borisov, hanno misurato una velocità di circa 150.000 km/h ad una distanza di circa 420 milioni di chilometri. A questi valori corrisponde un’eccentricità dell’orbita di ben circa 3,67! Questo fa sospettare che la cometa abbia un’origine interstellare. 

La cometa 2I/Borisov ha un’origine interstellare!

I ricercatori del “Center for Near Earth Object Studies (CNEOS)” della NASA, tra cui l’italiano Davide Farnocchia, hanno immediatamente confermato questo punto, notando come una velocità di 150000 km/h ad una distanza di 420 milioni di chilometri siano ben oltre i valori tipici per i corpi che orbitano attorno al Sole. Inoltre, essendo l’orbita molto iperbolica , abbandonerà sicuramente il Sistema Solare e andrà nello spazio interstellare. Questo significa che, se la cometa 2I/Borisov ha un’origine interstellare, allora probabilmente le comete extrasolari non hanno niente di diverso da quelle “nostrane”. Finalmente, il 24 settembre la IAU la riconosce ufficialmente come una cometa che ha “inequivocabilmente” origine interstellare , dandole il nome definitivo di 2I/Borisov. In questo lasso di tempo tra il 13 Settembre e il 24, i ricercatori sono riusciti a raccogliere abbastanza dati per poter conoscere e stabilire con una certa sicurezza l’orbita dell’ oggetto e la sua provenienza interstellare.

I ricercatori dell’Istituto di Astrofisica delle Canarie, con il professore Carlos Raúl de la Fuente Marcos dell’Università Complutense di Madrid, sono riusciti ad acquisire lo spettro della cometa. Attraverso lo studio dello spettro hanno potuto studiare la composizione superficiale della cometa, trovando una composizione molto simile a quella delle comete del Sistema Solare. Un team di ricercatori di “Initiative for Interstellar Studies(i4is)” ha anche valutato la fattibilità di mandare con le attuali tecnologie un veicolo spaziale verso la cometa in un paper su arXiv. Per i ricercatori non solo sarebbe possibile intercettare 2I/Borisov , ma anche raggiungere Oumuamua. Per 2I/Borisov il team indica una data di lancio nel 2030 con arrivo nel 2045. Invece, una missione su Oumuamua potrebbe partire in date successive al 2030 e raggiungerlo in meno di 20 anni.

Orbita e osservabilità di 2I/Borisov 

La cometa si trova attualmente a circa 510 milioni di chilometri dalla Terra e a circa 413 milioni di chilometri dal Sole . Si sta dirigendo verso il Sistema Solare interno e il 26 ottobre passerà attraverso il piano eclittico ad un angolo di circa 44 gradi. Raggiungerà il suo perielio verso l’8 dicembre 2019, ad una distanza di circa 310 milioni di chilometri. Perciò, non sarà mai più vicina dell’orbita di Marte. La minima distanza dalla Terra sarà di circa 300 milioni di chilometri.

Questo fa sì che, date le sue dimensioni, potrà essere osservata solo con il supporto di telescopi. Inoltre, al momento è difficile osservarla perché si trova vicina alla posizione apparente del Sole nel cielo. Nei mesi a venire, però, sarà più facile da osservare. 2I/Borisov sarà alla distanza minima dalla Terra verso metà dicembre e sarà osservabile al massimo della sua magnitudine apparente. Sarà ancora visibile con telescopi adatti (professionali) fino ad Ottobre 2019.