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La nube di Oort e l’ipotesi della nana bruna

Rubrica del weekend a spasso nell’eliosfera – Episodio 15

Abbiamo generosamente dedicato un bel po’ di righe per riordinare, nella puntata della settimana scorsa, quello che potrebbe sembrare un minestrone di corpi celesti situato oltre l’orbita di Nettuno, fino alla nube di Oort. Un guazzabuglio di orbite ellittiche e a volte fortemente inclinate, che vanno ad attraversare il cammino di altri corpi serenamente in marcia su un cauto percorso circolare, in armonia con i ritmi dell’ultimo dei giganti gassosi.

Oltre l’orbita di Plutone, capofila dei più importanti oggetti transnettuniani, si trova quella che viene comunemente definita fascia di Kuiper. A questa si sovrappone, nella parte più esterna, l’inizio del disco diffuso, una regione popolata da corpi tanto sparpagliati da non aver permesso di trovarvi nome migliore. Spingendosi ad una distanza di qualche migliaio unità astronomiche, e fino a decine di migliaia, si entra ufficialmente in una regione poco conosciuta ma estremamente affascinante, di cui osserviamo le coraggiose avanguardie che da sempre osano avventurarsi – a caro prezzo – in prossimità del Sole: la nube di Oort.

Rileggi le puntate precedenti di questa rubrica:
Gli oggetti transnettuniani alla periferia del sistema solare – 4 giugno, episodio 14

Plutone, il nono… nano – 28 maggio, episodio 13
Nettuno, l’ultimo dei giganti – 14 maggio, episodio 12
Urano, un gigante… ribaltato! – 7 maggio, episodio 11
Il signore degli anelli – 23 aprile, episodio 10
I satelliti di Giove – 16 aprile, episodio 9

Una stella mancata – 9 aprile, episodio 8
Il pianeta mancante – 2 aprile, episodio 7
Marziani, rover e droni – 19 marzo, episodio 6
Di passaggio sulla Terra: perché esistono le stagioni? – 12 marzo, episodio 5
Venere, pianeta infernale – 5 marzo, episodio 4
Mercurio, dove i giorni durano più degli anni – 19 febbraio, episodio 3
Un sabato al Sole – 12 febbraio, episodio 2
Prendiamo le misure: quando siamo piccoli? – 5 febbraio, episodio 1

La teoria della nube

Già nel 1932, l’astronomo estone Ernst Öpik ipotizzò l’esistenza di una sorta di nube-serbatoio posta a grandi distanze dal Sole, intorno al nostro sistema planetario. Fu però l’olandese Jan Oort, meno di vent’anni più tardi, a fornire una teoria più accurata.

Sulla base delle osservazioni effettuate sulle comete conosciute al tempo, si sapeva che il loro transito in prossimità del Sole causava inevitabilmente una contrazione della loro massa. Infatti, la scia che le rende tanto spettacolari e facilmente individuabili in cielo anche ad occhio nudo è composta nient’altro che da sostanze evaporate dalla loro superficie. Per semplificare, una cometa composta da ghiaccio che transita vicino al Sole perde parte della sua massa, che si scioglie e si disperde. Ad ogni transito in prossimità della nostra stella, quindi, la cometa diventa più piccola, fino a sciogliersi completamente , prima o poi.

L’età delle comete

Le comete osservate al tempo mostravano periodi orbitali di svariate migliaia di anni. Questi, però, se rapportati all’età del sistema solare, erano ed sono tutto sommato molto ridotti. Ciò significa che nei miliardi di anni di vita del nostro sistema planetario le comete conosciute avrebbero dovuto compiere numerosissimi passaggi vicino al Sole, finendo per sciogliersi completamente e non esistere più.

Quelle osservate nella nostra era non potevano quindi essere comete nate insieme al sistema solare. Di conseguenza, dovevano essere più giovani, o essere transitate poche volte vicino al Sole. La spiegazione di questo fenomeno poteva trovarsi, secondo l’astronomo, soltanto nell’esistenza di una regione dello spazio che fungesse da serbatoio: morta una cometa, se ne fa – o se ne manda – un’altra.

Da ogni dove

Un’altra considerazione importante, secondo Oort, riguardava la provenienza di questi corpi ghiacciati. Essa sembrava piuttosto eterogenea per quanto riguarda la direzione, come se da ogni punto del cielo potesse arrivare, prima o poi, una cometa. A questo punto, al regione dello spazio da cui potevano provenire questi corpi, doveva essere piuttosto popolata ma in maniera isotropa, non con ammassi di corpi qua e là ma con una moltitudine di oggetti sparsi, seppure in una zona grossomodo delimitata.

Questa regione prende dunque il nome di nube di Oort. Presenta una forma sferica nella sua parte più lontana dal Sole, mentre è toroidale in quella più vicina. In particolare, la seconda viene detta anche nube di Hills ed è, tra le due, quella più massiccia: sembrerebbe fungere da serbatoio per la zona più esterna, mentre da quest’ultima si genererebbero le comete di lungo periodo che arrivano fino nei nostri cieli.

Classificazione

Le comete di lungo periodo (LPCs, Long Period Comets) sono quei corpi che, dalle regioni remote della nube di Oort, arrivano in prossimità del Sole con un periodo orbitale non inferiore a 200 anni. Questo numero, lontano da considerazioni troppo scientifiche, è stato banalmente adottato in virtù del fatto che la strumentazione moderna ha più o meno questa età, quindi le comete che osserviamo oggi non dovrebbero essere mai state osservate precedentemente. Al contrario, quelle che transitano in prossimità del Sole ogni meno di 200 anni vengono dette comete di breve periodo (SPCs, Short Period Comets).

Molti dei corpi della nube di Oort oggi conosciuti e rilevati soltanto grazie alle moderne strumentazioni non sono mai stati osservati direttamente, in quanto troppo lontani da noi. La maggior parte di essi presenta un semiasse maggiore dell’orbita nell’ordine delle decine di migliaia di unità astronomiche, e sono detti nuove comete. Questo perché dopo essersi avvicinati per la prima volta al Sole, questi corpi perdono parte della loro massa e subiscono notevoli modifiche delle loro orbite, ed è altamente improbabile che il semiasse maggiore rimanga invariato: in genere, arriva ad essere nell’ordine delle migliaia di unità astronomiche.

Per quanto riguarda le comete di breve periodo, che in realtà non si muovono oltre il disco diffuso (pur provenendo sempre, in origine, dalla nube di Oort), viene in genere effettuata anche una ulteriore suddivisione in classi. Utilizzando come spartiacque un periodo orbitale di 20 anni, quelle che si presentano in prossimità del Sole a intervalli più brevi sono raggruppate nella famiglia delle comete gioviane (JFCs, Jupiter Family Comets). Esse compiono rivoluzioni della durata pari o inferiore a quella del quinto pianeta del sistema solare. Diversamente, i corpi dell’altro gruppo prendono il nome dalla celeberrima cometa di Halley, e vengono quindi indicati come comete di tipo Halley (HTCs, Halley Type Comets).

L’ipotesi della nana bruna

Abbiamo già menzionato Sedna nella scorsa puntata di questa rubrica. Si tratta di un oggetto transnettuniano tra i più importanti scoperti finora, di dimensioni pari a circa due terzi di quelle di Plutone. Muovendosi tra un perielio di 76 au e un afelio di 897 au, Sedna sembra troppo lontano dall’orbita di Nettuno per risentire della sua presenza. Al tempo stesso, è troppo lontano dalla vera nube di Oort per considerarlo un corpo di questa regione del sistema solare. Va considerato anche che l’inclinazione della sua orbita, piuttosto contenuta, non è confrontabile con quella della stragrande maggioranza dei corpi della remota nube. Alcuni lo definiscono allora un corpo della nube di Oort interna (la nube di Hills, già menzionata), mentre altri preferiscono indicare il disco diffuso come sua patria.

Una cosa resta certa: Sedna si muove su un’orbita insolita molto eccentrica e poco inclinata, senza che nessuno abbia ancora trovato un perché alla sua esistenza. Questo fatto lascia aperte molte teorie, tra cui torna a farsi largo, nei primi anni del nuovo millennio, quella sull’esistenza di un gigante nascosto, il Pianeta X. Indicato in alcune occasioni anche con i nomi di Nemesis e Tyche, dovrebbe essere un gigante gassoso o una nana bruna: in entrambi i casi, si tratterebbe di un corpo alcune volte più massiccio di Giove, in grado di esercitare un notevole influsso gravitazionale sulla maggior parte dei corpi che si trova al di là di Nettuno.

Tyche nella teoria di Matese

Tyche è il nome proposto nel 1999 dall’astronomo dell’Università della Louisiana John Matese per indicare l’ipotetico gigante gassoso che dovrebbe governare gli equilibri dei corpi del sistema solare più esterno. Tra questi ricordiamo, oltre a Sedna, anche Eris, Haumea, Makemake e molti altri corpi maggiori citati già nella scorsa puntata di questa rubrica. Non da ultime, anche le comete si sposterebbero sotto l’influsso gravitazionale di Tyche, che sarebbe responsabile del continuo arrivo di nuovi corpi di questo tipo dalla nube di Oort. Nel tempo, quindi, starebbe effettuando un lavoro di pulizia della nube di Oort esterna, mandando continuamente corpi minori su orbite più interne.

Secondo i calcoli e i modelli di Matese, Tyche doveva trovarsi su un’orbita intorno alle 15mila unità astronomiche, e avere una massa almeno 5 volte maggiore di quella di Giove se posto oltre le 10mila unità astronomiche. Per quanto massiccio, comunque, questo corpo non avrebbe potuto raggiungere – stando ai modelli gravitazionali – massa e dimensioni sufficienti ad innescare processi di fusione nucleare e trasformarsi in una nana bruna.

La ricerca attiva di un corpo di questo calibro venne affidata alle osservazioni della missione WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) con il telescopio spaziale lanciato nel 2009. In realtà, a marzo 2014 la NASA comunicava di non aver trovato alcun corpo più grande di Saturno fino a 10mila unità astronomiche, e nessuno comparabile con Giove fino a 26mila unità astronomiche dal Sole.

Al contrario, la missione ha permesso di catalogare diverse migliaia di stelle e nane brune nello spazio intorno al sistema solare, fino ad una distanza di 500 anni luce. In conclusione, la ricorrente e affascinante leggenda del Pianeta X sembra destinata a non divenire realtà.

FONTI

Fernández, J. A. (1997). The formation of the Oort cloud and the primitive galactic environment. Icarus, vol. 219, pp. 106-119. DOI: https://dx.doi.org/10.1006%2Ficar.1997.5754 

Levinson, H. F., Dones, D. & Duncan, M. J. (2001). The origin of Halley-type comets: probing the inner Oort cloud. The Astronomical Journal, vol. 121, pp. 2253-2267. 

Matese, J. J. & Whitmire, D. P. (2011). Persistent evidence of a jovian mass solar companion in the Oort cloud. Icarus, vol. 211, n. 2, pp. 926-938. URL: https://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/1004/1004.4584v1.pdf 

Morbidelli, A. (2008). Origin and dynamical evolution of comets and their reservoirs. Arxiv.org. URL: https://arxiv.org/PS_cache/astro-ph/pdf/0512/0512256v1.pdf 

NASA’s WISE survey finds thousands of new stars, but no ‘Planet-X’. Jpl.nasa.gov. In Stars and galaxies. Pubblicato il 7 marzo 2014, consultato il 7 giugno 2022, URL: https://www.jpl.nasa.gov/news/nasas-wise-survey-finds-thousands-of-new-stars-but-no-planet-x 

Nube di Oort. In Wikipedia. Ultima modifica 22 gennaio 2022, consultato il 7 giugno 2022, URL: https://it.wikipedia.org/wiki/Nube_di_Oort#cite_note-Live-18 

Oort, J. H. (1950). The structure of the cloud of comets surrounding the solar system, and a hypothesis concerning its origin. Bulletin of the Astronomical Institutes of the Netherlands, 13 gennaio, vol. XI, n. 408. URL: https://articles.adsabs.harvard.edu/pdf/1950BAN….11…91O 

Tyche. In Wikipedia. Ultima modifica 13 marzo 2022, consultato il 7 giugno 2022, URL: https://it.wikipedia.org/wiki/Tyche_(astronomia) 

Credits: Photo by NASA/JPL-Caltech from nasa.gov
“Brown Dwarf Weather (Artist’s Concept) – This artist’s concept animation shows a brown dwarf with bands of clouds, thought to resemble those seen on Neptune and the other outer planets in the solar system. By using NASA’s Spitzer Space Telescope, astronomers have found that the varying glow of brown dwarfs over time can be explained by bands of patchy clouds rotating at different speeds. Videos are available at https://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA21752”


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