Contrordine: ‘Oumuamua è una cometa, non un asteroide

Vi ricordate di ‘Oumuamua? Ne abbiamo parlato qualche tempo fa su Quantizzando: gli astrofisici pensavano si trattasse di un asteroide interstellare, cioè proveniente da fuori il nostro sistema solare.

Beh, oggi c’è una novità: ‘Oumuamua non è un asteroide, bensì è una cometa interstellare.

Che cos’è successo? Perché questo cambio di classificazione?

Tutto è nato dall’osservazione dell’orbita di ‘Oumuamua fatta da un gruppo di astrofisici dell’ESA e guidato dall’astrofisico Marco Micheli. I dati raccolti mostrano che ‘Oumuamua non sta rallentando come dovrebbe.

Infatti, il campo gravitazionale del Sole e dei pianeti dovrebbe agire sull’orbita di ‘Oumuamua; però i dati ci dicono che non è così, c’è qualcosa che fa andare ‘Oumuamua più veloce del previsto. Che cosa sta succedendo?

Infografica dell’ESA: la traiettoria osservata di ‘Oumuamua è diversa da quella prevista.

Visto che la gravità del sistema solare dovrebbe rallentare ‘Oumuamua, allora ci deve essere qualche effetto non gravitazionale che sta cambiando le carte in tavola. Va detto che questa accelerazione di ‘Oumuamua è stata osservata con estrema precisione

Per prima cosa gli astrofisici hanno fatto una passata di metodo scientifico: la pressione della luce emessa dal Sole, interazioni con le particelle del vento solare, diverse tipologie di attrito e potenziali effetti geometrici dovuti alla struttura di ‘Oumuamua sono stati escluse come possibili cause.

Una possibile spiegazione, a questo punto, può essere il fatto che ‘Oumuamua sia in realtà una cometa interstellare, anziché un asteroide. Questa ipotesi sarebbe convincente perché le emissioni di gas di una cometa sarebbero in grado di modificare la traiettoria di ‘Oumuamua quel tanto che basta per spiegare le osservazioni.

Comunque, neanche con il telescopio spaziale Hubble al momento si è riusciti a beccare le classiche caratteristiche che ci permettono di dire con certezza che ‘Oumuamua è una cometa. Probabilmente tutto ciò ci dice che ‘Oumuamua è un oggetto molto piccolo, grande non più di un paio di centinaia di metri, che produce (in caso fosse una cometa interstellare) code di polveri e gas davvero molto ma molto limitate.

La cosa incredibile di tutta questa storia è che già ne abbiamo parlato in due post qui su Quantizzando: in fin dei conti, ‘Oumuamua è un sasso che è partito da fuori il sistema solare, ha fatto un salto veloce da noi e ora sta scappando di nuovo via. Eppure, questo sasso è passato dalle nostre parti in un momento in cui abbiamo i mezzi e le capacità di studiare la sua traiettoria e le sue caratteristiche.

Questo è un fatto importante: il 30 giugno ogni anno in tutto il mondo si festeggia l’Asteroid Day, una giornata che mira a sensibilizzare l’opinione pubblica sulla necessità di monitorare gli oggetti celesti potenzialmente minacciosi e di investire nella ricerca spaziale.

La storia di ‘Oumuamua ci insegna che sia che siamo diventati più bravi sia che abbiamo ancora tanto da imparare su come avere a che fare con questi sassi spaziali. Nei prossimi mesi, comunque, si parlerà ancora di asteroidi grazie alle missioni JAXA Hayabusa2  e NASA OSIRIS-Rex (se volete saperne di più, ascoltate la puntata numero 24 del podcast Parsec).

 

Link all’articolo di Micheli et al. su Nature

 

Risolto il problema della materia barionica mancante

L’universo, per quanto ne sappiamo oggi, è fatto di energia oscura (circa 68%), materia oscura (circa 27%), materia barionica (circa 5%), e un pizzico di radiazione elettromagnetica (cioè luce).

Dell’energia oscura sappiamo pochissimo, della materia oscura poco; la materia barionica invece è la materia di cui siamo fatti noi, le stelle e le galassie, ovvero tutto ciò che emette radiazioni elettromagnetiche.

Però, almeno fino a qualche giorno fa, di quel 5% di materia barionica presente nell’universo ne avevamo osservato soltanto circa il 70%. Il problema infatti è osservare questi barioni mancanti, più che capire dove si trovino.

Insomma, fino a qualche giorno fa avevamo tra le mani una grossa rogna.

Oggi invece, come vedremo in questo post, possiamo dire che un altro mistero dell’universo è stato risolto grazie al metodo scientifico. Ma tranquilli: ora ci arriviamo con calma, partiamo dall’inizio.

Ma esattamente, che cosa sono i barioni?

La materia barionica, cioè quella di cui siamo fatti, è composta da barioni.

I barioni sono particelle fatte da un certo numero di quark, che sono altre particelle fondamentali nell’universo. Senza entrare nei dettagli della nomenclatura, sappiate che i protoni e i neutroni sono barioni perché sono composti di tre quark.

La discrepanza

Come si fa a stimare la quantità di materia barionica nell’universo? Partiamo dalla teoria del Big Bang, la teoria che usiamo per descrivere l’universo e di cui abbiamo le prove della validità. Secondo la teoria del Big Bang, a un certo punto della storia dell’universo si sono formati i primi nuclei atomici degli elementi più leggeri. I nuclei atomici sono fatti di protoni e neutroni. Quindi più barioni ci sono nell’universo, più protoni e neutroni ci sono nell’universo, più nuclei atomici si formano.

Perciò, se otteniamo dalla teoria del Big Bang una stima per le abbondanze dei nuclei atomici, di conseguenza otteniamo una stima per l’abbondanza di materia barionica intorno al 5% di tutto ciò che c’è nell’universo.

La stessa percentuale torna anche con i dati della radiazione cosmica di fondo.

E le osservazioni? Qua iniziano i problemi. Il punto è che per osservare qualcosa che c’è in giro nell’universo dobbiamo osservarne qualche effetto. Per esempio, assorbimento ed emissione di radiazioni elettromagnetiche.

Il meccanismo in gioco è il seguente: una qualche galassia lontana (per esempio un quasar) emette luce; questa luce, per arrivare a noi sulla Terra, attraversa un sacco di gas nell’universo. Questo gas presente tra il quasar e noi assorbe la luce del quasar e genera delle righe scure in corrispondenza della frequenza di luce assorbita.

Forse un disegno come quello qui sotto è più chiaro per capire che cosa succede tra quasar e gas.

In realtà, il disegno mostra come funziona la faccenda per il telescopio Hubble: a noi non interessa Hubble qui, ma comunque rende l’idea.

 

Tutto questo assorbimento di luce, cioè tutte quelle righe scure, ci permettono di stimare quanto gas c’è nell’universo, ovvero quanti barioni ci sono sotto forma di gas sparso in giro nell’universo.

Sebbene geniale, in questo modo si arriva a osservare circa il 70% di tutta la materia barionica che stimiamo essere nell’universo. E il resto?

Quando il gioco si fa duro, ci vogliono i raggi X

Il problema è che può esserci della materia barionica che non emette luce nell’intervallo di frequenza a cui siamo abituati di solito e che quindi diventa altamente difficile da osservare. Infatti, se nessuno si è mai seriamente disperato riguardo al problema è perché si è pensato spesso a una soluzione della discrepanza di tipo osservativo. Cioè, non troviamo la materia barionica mancante perché è difficile osservarla.

In particolare, si è sempre pensato che questa materia barionica mancante fosse parte di filamenti di gas caldo che si trovano tra le galassie nell’universo. Perché si pensava a ciò? Perché in questi filamenti l’idrogeno è ionizzato, cioè non ha l’elettrone che gli ronza attorno. Un atomo di idrogeno senza elettrone vuol dire che viene identificato con fatica, visto che l’elettrone non c’è allora per forza di cose non ci sarà emissione di luce per qualche meccanismo atomico.

E allora bisogna inventarsi qualche altra cosa. Per esempio guardare ad altri atomi presenti in questi filamenti di gas caldo. Il problema in questo caso è che gli atomi sono quelli di ossigeno e carbonio in particolari configurazioni. Per riuscire a beccare questi atomi che in sostanza tracciano la presenza di altro gas (cioè l’idrogeno) bisogna andare a guardare i filamenti con un telescopio a raggi X.

Anche per questo scopo (ma non solo!) sono venti anni che gli astrofisici puntano telescopi a raggi X verso quasar lontani. E sono venti anni che i risultati non sono proprio significativi.

Beh, almeno fino a quest’anno: infatti il 21 giugno 2018 una squadra di astrofisici guidati da Fabrizio Nicastro ha pubblicato un articolo su Nature dove presentano i risultati delle loro ricerche e sapete cosa? Hanno beccato i filamenti di gas caldo misurando le righe scure nello spettro dei raggi X.

Per beccare i filamenti, gli astrofisici hanno puntato, tra il 2015 e il 2017, il telescopio ESA XMM-Newton, un telescopio che osserva i raggi X, verso il quasar 1ES 1553+113. I dati raccolti sono stati sufficienti per scovare il debole segnale dei filamenti di gas: praticamente dai dati del telescopio XMM-Newton è venuta fuori una mappa dei filamenti presenti tra noi e il quasar studiato. Dal confronto tra il segnale osservato e il modello teorico che dovrebbe spiegare gli assorbimenti è saltato fuori che le cose tornano con un buon livello di significatività (circa 3 a circa 5 sigma, cioè una probabilità molto bassa che quel segnale osservato non sia dovuto all’assorbimento del gas dei filamenti nell’universo).

Confronto tra dati (punti neri e rossi) e modello teorico (curva a tratti rossi) del segnale di assorbimento della luce del quasar da parte del gas nei filamenti. Tratto dall’articolo su Nature di Nicastro et al.
Sicuri siano i barioni mancanti?

Questa è una domanda che, naturalmente, gli autori della ricerca si sono posti. Faccio un esempio su tutti: noi sappiamo che c’è del gas nelle galassie, e quindi magari è stata qualche galassia piena di gas ad assorbire la luce del quasar e a creare le righe scure di assorbimento nei raggi X.

Potrebbe essere. Però, nell’articolo su Nature, Nicastro e i suoi collaboratori precisano che, se così fosse, allora si dovrebbero vedere anche altri dettagli nello spettro di assorbimento dei raggi X che però, nelle osservazioni di Nicastro e collaboratori, non si osservano.

Non scrivo questa cosa per seminare il dubbio, anzi. Scrivo tutto ciò perché fa semplicemente parte del modo in cui opera la scienza: verificare ciò che sembrano dirci i dati osservati (e se volete, nell’articolo su Nature trovate tutti i dettagli riguardo anche a diverse altre possibilità).

A quanto pare il metodo scientifico ha colpito ancora. Ci sono voluti venti anni, ma la pazienza nella scienza paga sempre come potete vedere.

 

Link all’articolo su Nature