La cometa 3I/ATLAS forse è più antica del Sole: lo studio sul cianogeno nella chioma

Secondo uno studio pubblicato su Nature Astronomy,  la cometa interstellare 3I/ATLAS potrebbe essersi formata attorno a una stella più antica e povera di metalli rispetto al Sole, forse nelle prime epoche della storia della Via Lattea. Le analisi mostrano infatti rapporti isotopici di carbonio e azoto molto diversi da quelli misurati nelle comete del Sistema solare.

3I/ATLAS è il terzo oggetto interstellare identificato con certezza dopo il passaggio di 1I/'Oumuamua nel 2017 e della cometa 2I/Borisov nel 2019 (la lettera “I” denota la provenienza interstellare dell'oggetto). La sua traiettoria è infatti iperbolica (cioè non chiusa su sé stessa) e il corpo non è quindi gravitazionalmente legato al Sole, permettendogli di continuare il suo viaggio verso altri sistemi solari.

Ma una caratteristica molto interessante di 3I/ATLAS emerge dalla sua composizione chimica. Quando una cometa si avvicina al Sole, il calore della nostra stella provoca la sublimazione dei ghiacci presenti nel nucleo, liberando gas e polveri che formano la caratteristica chioma cometaria. Questa nube di materiale può essere analizzata con gli strumenti spettroscopici, capaci di identificare le molecole presenti e persino distinguere gli isotopi degli elementi che le compongono.

La coda cometaria di 3I/Atlas ci dice che è più antica del Sole: dove e com’è nata

Le molecole presenti nella chioma assorbono ed emettono luce a lunghezze d'onda ben precise, producendo uno spettro caratteristico (una vera e propria firma chimica). Analizzando questo spettro, gli astronomi possono identificare quali molecole sono presenti e in quale quantità. La nube della chioma è composta da molecole come acqua e altre molecole organiche tra cui una molecola molto particolare, il cianogeno (formula chimica CN). Il cianogeno è infatti un importante tracciante perché le sue bande spettrali sono molto intense nel visibile e da decenni viene utilizzato dagli astronomi per misurare gli isotopi nelle comete.

Nello studio, gli autori per misurare queste bande spettrali hanno usato lo spettrografo ad alta risoluzione installato sul Very Large Telescope (VLT) dell'ESO (European Southern Observatory) situato negli altopiani desertici nel nord del Cile. In pratica gli astronomi riescono a misurare il peso atomico delle molecole, permettendo di distinguere anche la presenza di isotopi. Sebbene due isotopi dello stesso elemento abbiano proprietà chimiche quasi identiche, differiscono leggermente per la loro massa. Questa piccola differenza modifica in modo significativo l'energia con cui le molecole vibrano e ruotano, facendo sì che la luce emessa compaia a lunghezze d'onda leggermente diverse.

Gli isotopi sono versioni leggermente diverse dello stesso elemento chimico: hanno lo stesso numero di protoni, ma un numero differente di neutroni. Una molecola contenente carbonio 12 (composto da 6 protoni e 6 neutroni) produce una firma spettrale leggermente diversa rispetto alla stessa molecola contenente carbonio 13 (composto da 6 protoni e 7 neutroni). Questa piccola variazione è estremamente importante in astronomia, perché i rapporti tra isotopi diversi possono conservare informazioni sulle condizioni fisiche e chimiche dell’ambiente in cui un materiale si è formato.

Nel caso di 3I/ATLAS, gli astronomi hanno misurato rapporti isotopici del carbonio e dell’azoto che si discostano in modo significativo dai valori tipici osservati nelle comete del sistema solare. Questo confermerebbe l’ipotesi che 3I/ATLAS possa essersi formata in un ambiente con una storia chimica differente rispetto alla regione della galassia da cui ha avuto origine il Sole.

Le stelle producono isotopi diversi attraverso processi nucleari differenti. L’azoto 14 e l’azoto 15, per esempio, non vengono prodotti nelle stesse proporzioni da tutte le stelle: dipende dalla massa della stella, dalla sua composizione iniziale e dalla fase della sua evoluzione.

Gli autori hanno osservato quindi la molecola del cianogeno nella chioma di 3I/ATLAS tramite lo spettrografo del VLT e osservando le righe spettrali formate da questa molecola, hanno ricavato che il materiale di 3I/ATLAS è relativamente povero degli isotopi pesanti (cioè carbonio 13 e azoto 15) rispetto al materiale cometario che si è formato vicino al Sole.

Hanno potuto stabilire quindi che il materiale di cui è composta 3I/Atlas è stato arricchito di carbonio 12 da una stella più vecchia rispetto al Sole. Il carbonio 12 viene infatti prodotto molto efficientemente nelle stelle massicce e nelle prime generazioni stellari. Mentre il carbonio 13 viene prodotto in quantità importanti soprattutto dalle stelle meno massicce, come il Sole.

Il rapporto isotopico tra la quantità di carbonio 12 e di carbonio 13 però non permette di datare direttamente una cometa come si fa con un campione radioattivo sulla Terra. Quello che si può fare quindi è una stima indiretta dell'ambiente galattico e della probabile epoca di formazione, confrontando la sua composizione isotopica con modelli di evoluzione chimica della Via Lattea. 3I/ATLAS si è formata quindi in una regione della Via Lattea dove erano presenti molte stelle giovani e massicce, tipiche di una fase remota di evoluzione della nostra galassia.

Come vengono scoperti gli oggetti interstellari

I modelli di formazione planetaria prevedono che durante la nascita di un sistema stellare miliardi di piccoli corpi cometari vengano espulsi nello spazio interstellare da perturbazioni gravitazionali con pianeti giganti o con altre stelle vicine. La maggior parte di questi frammenti viaggia per sempre nello spazio interstellare, ma una piccola frazione può casualmente attraversare altri sistemi planetari, compreso il nostro. Le comete interstellari tipo 3I/Atlas e 1I/'Oumuamua sono dei veri e propri viaggiatori interstellari generati all’interno della nube protoplanetaria extrasolare.

Il problema è che questi oggetti sono molto piccoli e deboli, e attraversano il Sistema solare a velocità elevatissime, rendendoli estremamente difficili da rilevare con i telescopi. La sigla ATLAS, infatti, sta per Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System ed è un sistema di sorveglianza del cielo progettato principalmente per individuare asteroidi potenzialmente pericolosi per la Terra. Il progetto è guidato dall'Institute for Astronomy, dell'Università delle Hawaii, ed è finanziato dalla NASA attraverso il programma di difesa planetaria.

A differenza dei grandi telescopi dedicati allo studio di oggetti molto deboli, ATLAS è stato pensato per un obiettivo diverso: osservare rapidamente l'intero cielo visibile più volte ogni notte. Per farlo utilizza telescopi piccoli con uno specchio di appena 50 centimetri ma dotati di un ampio campo di vista e di telecamere molto sensibili. Questa combinazione permette di monitorare continuamente milioni di stelle e di individuare qualsiasi punto luminoso che cambi posizione tra un'immagine e la successiva. È proprio durante la sua normale attività di sorveglianza che è stata individuata 3I/ATLAS.

Nei prossimi anni infatti attraverso il nuovo osservatorio astronomico chiamato Vera C. Rubin Observatory, situato in Cile, la possibilità di trovare altri oggetti interstellari che attraverseranno il nostro sistema solare diventerà ancora maggiore. Il nuovo telescopio infatti osserverà l'intero cielo australe ogni pochi giorni con una sensibilità altissima e continuamente. Gli astronomi prevedono che potrà individuare decine di oggetti interstellari ogni anno, trasformando quello che oggi è ancora uno studio basato su pochi casi eccezionali in una vera statistica della popolazione di corpi extrasolari.

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