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12/11/13

Una cometa con sei code *

Il caro “vecchio” David Jewitt (molto più giovane di me, comunque) ha colpito ancora! Dopo la scoperta del primo Kuiper Belt Object nel 1992, annunciato ufficialmente per la prima volta al simposio internazionale "Asteroids, Comets and Meteors" del 1993, organizzato a Belgirate sul Lago Maggiore (di cui ero presidente scientifico …ehm… ehm…), si ripresenta adesso con P/2013 P5, una cometa molto strana, anzi troppo strana per essere vera! Ricordo che allo stesso congresso, Shoemaker aveva annunciato la distruzione della Shoemaker-Levy 9, appena scoperta. Grande congresso, che nessuno dei partecipanti potrà mai dimenticare (almeno così dicono…)!

Immaginiamo di costruire una sfera costruita con la sabbia. La comprimiamo molto bene e la facciamo girare attorno a un asse che passa per il suo centro. Se la rotazione è lenta, la sfera rimane uguale a se stessa. Aumentando la velocità di rotazione (in un caso ideale, ovviamente) vedremmo che la sfera tende a schiacciarsi verso l’equatore, diventando un ellissoide. Girando ancora più velocemente, l’ellissoide comincia a perdere “pezzi” equatoriali e, infine, si disintegra.

Non provate a fare l’esperimento, perché sulla Terra sarebbe praticamente impossibile. Potreste provare a farlo con un pallone di gomma. Vedreste il pallone schiacciarsi, ma difficilmente lo vedreste disintegrarsi. No, è molto meglio immaginare di essere nello Spazio e di avere una sfera tenuta insieme dalla propria gravità: tanti granelli di sabbia che stanno uniti per auto gravitazione. Se aumentiamo la rotazione di questa sfera planetaria vedremmo succedere proprio quello che abbiamo descritto prima. Anzi, dapprima vedremmo lo schiacciamento verso l’equatore, poi l’ellissoide prenderebbe la forma di un ellissoide a tre assi (cosa di cui ho già parlato QUI riguardo agli asteroidi) e infine si dividerebbe in due parti, dando origine a un oggetto binario (asteroidi doppi per fissione).

In realtà, oltre all’autogravitazione, i granelli di sabbia stanno insieme anche per le forze di stato solido, ossia quelle che legano tra loro atomi e molecole. Insomma, la faccenda si complica. Tuttavia, potremmo dire che per certi valori eccessivi della rotazione vincerebbe la forza centrifuga e la materia comincerebbe a sfuggire dal corpo celeste. Scapperebbe dalla regione equatoriale, dato che è proprio lì che è massima la velocità di rotazione lineare (non quella angolare che è uguale dappertutto). In altre parole, di utilizzo più comune, la materia scapperebbe per la tangente!

Quante volte avete sentito dire che se si andasse su un asteroide, meglio se sull’equatore, e lui girasse troppo velocemente, non si riuscirebbe a stare con i piedi  al suolo, dato che la gravità è molto bassa, e si sarebbe scagliati nello spazio? Tutto ciò può essere descritto con formule più o meno complicate. Fatto sta che esiste una velocità di rotazione critica per ogni corpo (comprese le stelle) che, se viene superata, causa una perdita di materia dal rigonfiamento equatoriale. La Fig. 1 dà una visione molto approssimata di ciò che succederebbe.

fig.1
Figura 1

Finora, non sono stati scoperti asteroidi così veloci, anche se molti sono stati osservati quasi al limite della rottura. Forse è meglio dire le cose in modo diverso: non sono stati trovati perché quelli che hanno raggiunto quel limite sono probabilmente spariti, disintegrandosi del tutto.

Cosa potrebbe causare un aumento della velocità di rotazione? Beh… il meccanismo più semplice è quello di un urto con un altro asteroide più piccolo, in grado di dargli un colpo “deciso” e aumentare la rotazione del primo. Esso eserciterebbe un momento di una forza, il cui momento angolare si sommerebbe al momento angolare originario. La massa e la forma rimarrebbero praticamente le stesse e la variazione di momento angolare darebbe luogo a un aumento della velocità di rotazione. Se si raggiungesse un valore limite, la nostra trottola impazzita perderebbe i pezzi all’equatore.

Tuttavia, anche questa visione è troppo teorica. Se dovesse succedere (e sicuramente capita spesso nella fascia asteroidale, dove la parole “spesso” è riferita a tempi cosmici) vi sarebbe una distruzione, almeno parziale, dell’asteroide colpito e si vedrebbe una nube di polvere. Pensate, che alle grandi famiglie asteroidali (originatesi centinaia di milioni di anni fa) sono ancora associate nubi di polvere che si distinguono all’interno della luce zodiacale (con gli strumenti giusti). Negli ultimi anni si è visto qualcosa del genere: una coda di detriti ancora fisicamente vicina a un piccolo corpo roccioso. Tuttavia, essa dovrebbe disperdersi in fretta, a causa della precessione orbitale, e si perderebbe nello spazio interplanetario, senza alcuna possibilità di poterla più localizzare. Insomma, sarebbe ben difficile poter vedere il momento critico. Ma, anche se si riuscisse (come è successo, in realtà), la polvere sarebbe concentrata verso una certa direzione (legata alla traiettoria del proiettile) e avrebbe una distribuzione abbastanza particolare e prevedibile.

Conclusione della chiacchiera fatta finora? Sarebbe praticamente impossibile vedere un asteroide perdere i pezzi a causa di una rotazione troppo rapida causata da un impatto, dato che quest’ultimo darebbe luogo a effetti ben più macroscopici. In altre parole, la perdita di materiale per colpa di una rotazione eccessiva, sarebbe mascherata dagli effetti dell’urto. Dovremmo aspettare che la polvere causata dall’urto se ne andasse per i fatti suoi e, poi, assistere, a campo libero, a una perdita continua di massa dall’equatore. Parliamoci chiaro… ci vorrebbe una fortuna pazzesca.

Tuttavia, se dovesse capitare, la situazione sarebbe ben diversa da quella legata alla nube di detriti post-impatto. Quella, come già detto, avrebbe una certa direzione e tenderebbe a sparire abbastanza in fretta. Inoltre si originerebbe da un unico evento (l’urto). Nel caso della rotazione dovremmo invece vedere non una, ma una serie di code di polvere, che variano continuamente di direzione, dato che provengono da posizioni che seguono la rotazione dell’oggetto. In altre parole, l’equatore perderebbe i pezzi in vari punti, dato che  girerebbe rapidamente. Come una pompa per bagnare i giardini che ruota velocemente e che spruzza acqua tutt’attorno.

Va bene, abbiamo raccontato una storia di fantasteroidi… Ma sognare è bello!

Ne siamo proprio sicuri? Guardate un po’ le due foto prese da Hubble, che mostro nella Fig. 2, relative a due osservazioni eseguite sull’asteroide P/2013 P5 a distanza di parecchi giorni (ma sono almeno cinque mesi che il fenomeno è osservato, come indicano quelle effettuate al Pann-STARRS alle Hawaii). Una cometa? Veramente strana. Ha ben sei code e la loro direzione non ha niente a che vedere con la direzione del Sole. Oltretutto varia nel tempo. Che dirvi, l’oggetto avrà solo poche centinaia di metri  di diametro, ma ci regala veramente una fantastica immagine che rimarrà a lungo tra i risultati astronomici più inaspettati e affascinanti. Almeno per me sicuramente… gli asteroidi sono come figli e i figli so’ piezz’e core! (e perdono anche i piezz…)

Fig. 2
Figura 2. La "cometa" a sei code P/2013 P5. Fonte: NASA, ESA, and Z. Levay (STScI/AURA)

L’ipotesi dell’urto sembra poco ammissibile, a patto che non si sia verificata un po’ di tempo fa e nel frattempo l’asteroide non si sia ancora disintegrato a causa della velocissima rotazione. Ci sarebbe anche un’altra possibilità che conduce all’effetto YORP. Semplificando, la radiazione infrarossa, riemessa da un corpo in rotazione a seguito della luce ricevuta dal Sole, potrebbe accelerare o diminuire la velocità di rotazione. Sarebbe una generalizzazione del più noto effetto Jarkovskij (meriterebbe parlarne, accidenti…). In questo caso non ci sarebbe bisogno della nube di detriti causata dall’urto.

Che dire: fantastico! L’importante, adesso, è seguire l’oggetto per parecchio tempo e -soprattutto- confermare che i getti escano proprio dall’equatore! Finora si è stimato che l’asteroide abbia perso dalle cento alle mille tonnellate di polvere. Tuttavia, avendo un diametro di circa 400 m, ha ancora molto materiale a disposizione prima di sparire completamente.  L’oggetto appartiene alla famiglia di Flora e quindi è nato probabilmente durante un gigantesco evento catastrofico risalente ad almeno 200 milioni di anni fa. Si può anche tentare di osservarlo, tenendo, però, conto che la magnitudine è di circa 20…

David Jewitt
David Jewitt, lo scopritore del primo Kuiper Belt Object e della cometa a sei code.

Ripeto che sono molto felice di questo evento, non solo per la sua importanza nello studio dell’evoluzione asteroidale e nei meccanismi non gravitazionali, ma anche perché la scoperta si deve a David, una grande persona, sempre sorridente e modesta, oltre che scienziato di grande valore. E dovrebbe ancora lavorare alle Hawaii

Articolo originale QUI

 

6 commenti

  1. foscoul

    Enzo alcune domande l'effeto YORP è causato dalla radiazone solare quindi presumo si possa manifestare solo in certa zona della fascia principale? E nella stessa zona dovrebbero esseri presenti maggiormente sistemi asteroidali binari che sarebbero il risultato della rottura per raggiungimento di una rotazione criticha che li farebbe spezzare? Se dico bene Enzo è in quella zona che dovremmo aspettarci di osservarne la maggior parte dei fenomeni? Ho letto anche che contano le dimensioni poi di variazione dell'asse di rotazione e dell'angolo di precessione?  :?:  Tanta carne sul fuoco magari potresti trattare l'argomento effetto Jarkovskij in un'articolo?  :-P            

  2. caro Foscoul,
    la fissione in sistema doppio avviene se possiamo trattare l'oggetto come un effettivo oggetto "liquido" o formato da sabbia tenuta insieme dall'autogravitazione. Capita normalmente per oggetti piuttosto grossi (gravità mutua notevole). Per oggetti piccoli, è più giusto pensare a blocchi di roccia che riescono a sgretolarsi per fissione locale. Vi sono molti parametri che giocano, sia la distanza dal Sole, sia i parametri rotazionali. Hai ragione tu: vale la pena parlarne a fondo (non credo di averne mai parlato su tonomia.com...)

  3. Mario Fiori

    Grande Enzo, mi sfugge qualcosa, ma la radiazione solare può veramente arrivare a tanto? Va' bene che non sono Pianeti e sono relativamente piccoli, comunque , forte!

  4. caro Mario,

    hai messo il dito su una ... piaga. In realtà, l'effetto è nato solo per particelle molto piccole. Un po' alla volta, si è cercato di applicarlo anche su oggetti via via più grandi. Per lungo tempo sono stato "contro" questo effetto, dato che mi sembrava un po' come il prezzemolo che poteva risolvere qualsiasi problema sorgesse sulla posizione degli asteroidi. Si è poi arrivati a un compromesso, limitando le dimensioni in cui l'effetto poteva essere ancora efficace. Il vero problema è che certi parametri, che forniscono le dimensioni dell'oggetto in grado di muoversi come reazione alla radiazione, sono molto incerti. Il diametro è fortemente legato a questi parametri e quindi...
    La mia visione è ancora un po' critica, quando si vuole applicare fino a oggetti di decine di km, mentre invece è stata (in qualche modo) confermata fino a pochi chilometri. Vuoi la mia idea con sincerità? Propendo ancora per una collisione che ha fatto rapidamente accelerare la rotazione di un masso un po' troppo grosso... Però, però, adesso va per la maggiore (lo YORP è l'ultima ricaduta) e si infila dappertutto. Resta, comunque, il fatto che un asteroide che perde i pezzi è realmente interessante, qualsiasi sia la causa della sua rapidissima rotazione.
    Per onestà scientifica, vedrò di preparare un articolo che spieghi bene questo effetto un po' troppo ... miracoloso
  5. Jacopo

    Enzo, spero che tu possa rincontrare David durante il tuo viaggio alle Hawaii!! 

  6. grazie Jacopo,
    ma lui lavora a Grande Hawaii (dove c'è il Mauna Kea) e io invece vado a Maui e Kauai... ci sono più balene!!!! :wink:

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