7/03/14

Effetto Yorp? Sarà, ma non mi convince… **

Non si era mai visto prima. Un asteroide della fascia principale si è frantumato in almeno dieci pezzi che si stanno allontanando molto lentamente tra di loro. Hubble l’ha tenuto sotto controllo per mesi e la serie di immagini è veramente spettacolare.

Il problema sorge, a mio modesto parere, nell’interpretazione del fenomeno. Fatte le dovute proporzioni, il piccolo mistero di P/2013 R3 assomiglia alla materia oscura. Non si sa ancora esattamente se esiste davvero, ma intanto si usa un po’ come il prezzemolo. Appena c’è qualcosa che non torna con le teorie normali, la si fa entrare in ballo per spiegare tutto (o quasi). Non voglio con questo dubitare delle numerose prove che sembrano confermare l’esistenza di qualcosa che c’è ma non si vede, ma penso che venga troppo facilmente usata per far tornare conti un po’ troppo complicati.

Nel suo piccolo, anche gli asteroidi hanno un processo che viene usato appena qualcosa non gira come ci si aspetta. La sua versione più raffinata prende il nome di YORP. In parole povere, è un effetto non gravitazionale dovuto all’assorbimento della luce solare da parte di un corpo planetario che poi la riemette sotto forma di calore. Se l’oggetto ha una forma irregolare, certe parti rispondono in modo diverso e ciò può causare un cambiamento continuo della rotazione. Teoricamente tutto bene, ma ancora nessuna prova osservativa.

Purtroppo, il meccanismo contiene vari parametri che sono ancora sconosciuti e vengono utilizzate delle stime che, spesso e volentieri, sono scelte per far quadrare il cerchio. L’effetto YORP è una variante più sofisticata del ben noto effetto Yarkovsky, che consiste nel fare avvicinare o allontanare dal Sole (a seconda del verso di rotazione) un piccolo corpo illuminato dalla nostra stella. Il ritardo tra assorbimento della luce e riemissione del calore riesce ad agire sulla traiettoria orbitale e farla decadere o allargare. Un effetto sicuramente valido, ma che può essere applicato sicuramente su oggetti estremamente piccoli, dell’ordine dei centimetri o -al limite- dei metri.

Un processo fisico messo un po’ da parte e poco considerato. Poi, negli anni ’90, è avvenuta la sua riscoperta. Ed è sembrato a molti la medicina per tutti i guai. Aggiustando un po’ ad hoc i parametri che entrano nelle formule si è cominciato a sostenere che anche oggetti grandi parecchi chilometri potevano subire questo effetto. In altre parole, movimenti orbitali anche notevoli e molte altre ripercussioni più sottili, venivano attribuite a Yarkovsky e poi a YORP.

In tale modo, le problematiche relative ai processi collisionali tra corpi celesti, estremamente complessi e zeppi ancora di molte incognite da analizzare, venivano messi in secondo piano e considerati addirittura secondari rispetto a un meccanismo ancora tutto da “testare”. Sembrava che tutto il lavoro svolto e quello che ancora restava da fare avessero perso ogni interesse. YORP avrebbe risolto ogni cosa! Sicuramente lo YORP ha meno complessità fisiche di un urto tra oggetti di composizione e struttura estremamente variabile.

Lo studio dell’evoluzione collisionale, della nascita delle famiglie, degli “ammassi di pietra” auto gravitanti (le Pile of Rubble di cui ho parlato QUI), delle forme di equilibrio, della fissione in sistemi doppi, delle caratteristiche dei frammenti espulsi in urti più o meno catastrofici, è stato il mio pane per molti anni, insieme ai colleghi di Pisa e ai colleghi americani di Tucson. Eravamo arrivati a un buon punto e stabilito alcune regole abbastanza assodate. Molto lavoro era ancora da fare e ci volevano sforzi sia teorici che osservativi. Insomma, una bella fatica… e tanti dubbi ancora da risolvere.

Perché fare tanta fatica, quando Yarkovsky e poi YORP potevano risolvere tutto o quasi? Bastava aumentare o diminuire i valori di certi parametri molto vaghi e i conti tornavano sempre. Pochi anni dopo l’effetto Yarkovsky veniva ormai  usato come il prezzemolo per tutte le anomalie che si trovavano sia nelle orbite (prima) e poi, un po’ alla volta, anche nella rotazione.

Durante un congresso internazionale del 2001 (dovevo fare il discorso di chiusura) avevo scherzato su questo effetto che curava ogni male e avevo suggerito che forse anche Giove ne poteva essere influenzato. Non tutti avevano capito l’ironia… insomma, sono sempre stato considerato un anti-Yarkovsky. In realtà non è vero: lo sono stato -e lo sono ancora- solo per la sua applicazione a tutto e a tutti.  Tutte queste frasi solo per farvi capire che sono “leggermente” prevenuto. Adesso, però, è ora di venire al punto.

Nel settembre scorso il telescopio Catalina in Arizona aveva individuato un asteroide dall’aspetto un po’ “nebuloso”, che poteva far pensare a una quasi-cometa residente nella fascia asteroidale.  Non era il primo caso (ne abbiamo anche parlato) e si era velocemente convinto Hubble a dare il suo parere. Nel frattempo alla denominazione preliminare dell’oggetto veniva posta la P davanti al numero, come si fa normalmente per le comete. Poi si poteva sempre cambiare idea. Hubble, però, è stato molto preciso a riguardo: nessuna cometa, ma uno sgretolamento vero e proprio di un corpo roccioso. Il suo giudizio non lasciava dubbi, come mostrano le quattro immagini riprese da ottobre a gennaio. Qualcosa di mai visto per un asteroide “roccioso”: una frammentazione che ha rivelato ben dieci pezzi , con i più grandi dell’ordine dei 200 metri.

frammentazione asteroide
Le quattro fantastiche immagini dello sgretolamento di P/2013 R3, riprese da Hubble da ottobre a gennaio. Ciò che noto molto bene è il lento allontanarsi dei frammenti tra di loro. Più dubbia, almeno per me, è la creazione continua di nuovi frammenti. Le “code” che si notano non sono dovute a sublimazione di ghiaccio, ma a detriti polverosi generati nella distruzione (ops… durante lo YORP). Su questa polvere l’effetto Yarkovsky potrebbe sicuramente avere buon gioco. Fonte: Credit: NASA, ESA, D. Jewitt (UCLA)

Un fenomeno già visto per le comete, quando si avvicinano troppo al Sole, ma non certo per un oggetto che risiede da centinaia e centinaia di milioni di anni in una posizione tranquilla e a distanza di sicurezza. L’ipotesi di una cometa nascosta tra gli asteroidi non poteva funzionare. Tuttavia, la P non è ancora stata tolta… Ci voleva una spiegazione diversa, un qualcosa che fosse legato veramente alla fisica degli oggetti rocciosi. Al limite, si poteva pensare a una struttura interna a massi sovrapposti come avevamo ipotizzato molti anni prima. Un fenomeno ideale per applicare i modelli che avevamo preparato durante il nostro studio sulle collisioni, al variare dell’energia di impatto e della struttura interna. Finalmente si assisteva a una frammentazione in diretta!

Troppi anni sono, però, passati e la collisione è stata immediatamente scartata (ben pochi oggi, forse, hanno letto quegli articoli). In favore di quale altro meccanismo? Ovviamente lo YORP! In che modo avrebbe agito il nostro… prezzemolo? Semplice. La velocità di rotazione dell’asteroide progenitore sarebbe aumentata fino a raggiungere un limite tale da permettere alla forza centrifuga di disperdere i blocchi auto gravitanti che formavano l’asteroide. Beh… non si poteva certo pretendere che lo YORP potesse anche “rompere” un corpo monolitico di roccia e, allora, si è tirato in ballo la Pile of Rubble, ossia l’ipotesi che l’oggetto, a seguito di collisioni antiche, non fosse altro che un insieme di frammenti tenuti assieme dall’autogravitazione. Insomma, le collisioni facevano comunque comodo, ma solo per poter poi applicare la nuova medicina.

Ciò che ha fatto scartare subito l’ipotesi della collisione per la frammentazione di P/2013 R3 era l’estrema lentezza di allontanamento dei frammenti, comportante una velocità relativa troppo bassa per l’ipotesi della frammentazione catastrofica. Sì, ma per quale tipo di collisione? Quella standard, ormai sorpassata da molti studi fatti a riguardo e -a quanto pare- dimenticati. Avevamo fatto vari modelli, dove si dimostrava che le velocità di espulsione dei frammenti poteva avere una distribuzione estremamente ampia. Non solo. L’urto di taglio di un piccolo proiettile contro un ammasso di macigni avrebbe potuto benissimo regalare momento angolare e fare espellere a bassissima velocità i frammenti superficiali. Insomma, poteva benissimo lavorare come lo YORP. Ma, oggi, se non inserisci lo YORP sei un “matusa”, dalle idee sorpassate…  Lo YORP dà un tocco di classe in più e rende moderni! Così va la vita e a volte anche la Scienza.

Io ho qualche dubbio, anche per come vengono presentati i risultati di Hubble. Si dice che i frammenti continuano a formarsi e quindi ciò non segue le regole della collisione che agisce in modo quasi istantaneo. Dalle immagini, però, mi sembra che, in realtà, non si creino nuovi frammenti, ma, piuttosto, quelli ancora troppo vicini riescono a rendersi visibili con il passare del tempo.

Cosa volete che vi dica… da un lato sono ultra felice di vedere finalmente in diretta un fenomeno che ho simulato, sia teoricamente sia attraverso esperimenti con cannoni a ipervelocità, per tanti anni. Dall’altro sono un po’ deluso dalla fretta di concludere delle nuove generazioni (la smania di far carriera ha una forza incredibile) e dalla perduta abitudine di andare a leggere le ricerche precedenti. Oggi va di moda lo YORP e guai a non usarlo o nominarlo! Però, però... sarei quasi pronto a scommetterci… tra qualche anno, un giovane smanioso di mettersi in evidenza, prospetterà un particolare tipo di collisione per spiegare la frammentazione. Ovviamente, non citerà nessun lavoro precedente e scoprirà… l’acqua calda. In fondo è già successo per le famiglie di asteroidi e per l’atmosfera di Titano… Non mi stupirei più di tanto.

Fortunatamente, la Scienza non è tutta così, anzi! Il campo degli asteroidi è ancora molto limitato e si possono fare molti giochini un po’ “scorretti”. Basta che ricordi quanto fossero “ignoranti” a riguardo personaggi come Rubbia e la stessa cara Margherita Hack. Eppure, intervistati dai media, non si tiravano mai indietro e se ne sentivano delle belle. Peccati veniali, ovviamente… ma la stampa non ne ha bisogno, dato che sa inventare molte cose anche da sola.

L’importante, poi, è il fenomeno astronomico ripreso da Hubble. Quello non si può cancellare o nascondere. Le interpretazioni possono cambiare, ma le osservazioni restano. Il vedere quelle quattro immagini mi sembra un piccolo miracolo e mi fa sentire fortunato di aver assistito a un caso pratico dopo tanti anni di studio. Ma sì, ben venga anche lo YORP… e viva gli asteroidi!

Articolo originale QUI. Peccato per Jewitt, una persona seria, ma il bisogno di fondi per la ricerca è sempre più pressante…

26 commenti

  1. beppe

    Chissà perché le foto mi ricordano il film Armageddon, saranno stati gli americani?

  2. Supermagoalex

    Avevo visto le immagini sul sito di Hubble ma, non avendo letto l'articolo, avevo subito pensato a una collisione e certamente calcolarne le diverse variabili comporta dei calcoli complessi, Forse, inserendo lo YORP, qualcuno se li è evitati...  :)

  3. alexander

    ma non so, entrare nei dettagli richiede conoscenze da addetti ai lavori.
    mi limito solo a fare una considerazione di buon senso (che magari e' sbagliata): ma se il fenomeno e' dovuto all'assorbimento del calore su una superficie irregolare perche' non e' successo prima visto che questo asteroide magari ha anche qualche migliaio d'anni? non posso pensare che in tutto quel tempo non abbia assunto una posizione idonea ed inoltre, se succede a questo asteroide, dato che per forma e dimensioni e composizione ce ne sono sicuramente moltissimi molto simili, questo fenomeno dovrebbe essere un fenomeno molto piu ricorrente dj quanto emerga dalle nostre osservazioni no? 

  4. caro Ale,
    un asteroide di qualche chilometro di dimetro ha una vita media di parecchie centinaia di milioni di anni (prima che venga distrutto). Molto più che migliaia di anni... tuttavia, il tuo commento è azzeccato! In realtà, il processo è molto lento, ma sicuramente più rapido... bisognerebbe fare i conti, ma con le incertezze dei parametri in gioco, penso che non sia molto indicativo.  Anche il secondo commento ha un senso: mentre le collisioni sono fenomeni istantanei, questi sono fenomeni che avvengono un po' alla volta... hai mai pensato di diventare astronomo? 8-O :-P

  5. alexander

    guarda che mi sarebbe piaciuto tanto tanto e l'astronomia e l'astrofisica mi hanno affascinato fin dalle elementari.
    purtroppo ne la mia famiglia ne io abbiamo saputo coltivare questa passione e quindi niente di fatto...
    cmq e' una fortuna visot che in matematica sono un disastro! ( :) )
    a questo punto punto tutto sul bambino che ieri ha imparato a dire per la prima volta la parola luna!  :) 

  6. e io faccio il tifo insieme a te!!!! :-P :-P

  7. Mario Fiori

    Quindi Enzo con lo Yorp si risolve tutto e tutti gli altri studi vanno a farsi friggere ) Mah!?

  8. Lucianodev

    Io , sulle cause di quanto sta accadendo a P/2013
    R3, mi schiero con gli scettici.
    È un oggetto appartenente a un insieme, quindi lo Yorp dovrebbe agire in modo analogo su tutta la famiglia! Per generare un momento angolare in grado di smembrare un agglomerato di rocce applicando una forza così debole ci vogliono milioni di anni. Allora tutti i membri della fascia, almeno quelli di formazione irregolare, dovrebbero girare come trottole!
    :evil:

  9. Valerio Ricciardi

    Scusa, Enzo, quando dici che un asteroide di quelle dimensioni ha una vita media di alcune centinaia di milioni di anni, ti riferisci al rischio statistico che dai e dai, muovendosi secondo traiettorie solo in prima approssimazione stabili, ma continuamente perturbate da altri corpi consimili e dai pianeti maggiori, nel giro di qualche centinaio di milioni di anni la probabilità di una collisione - o di ritrovarsi a superare il limite di Roche di un corpo adeguatamente grande (i.e. Giove) - diventa significativa, o ad altri eventi legati alla meccanica delle orbite in zone affollate?

  10. caro Valerio,
    sì, come vita media di un asteroide "stabile" di fascia principale la vita media s'intende quella collisionale. Prima o poi ci sarà un urto con un fratellino. Le prove si vedono ovunque, sia per le grandi famiglie sia per le piccolissime, ma anche per soli conti statistici. Ben diversa è la situazione di un'orbita instabile, che cade in risonanza. In questo caso l'orbita diventa caotica e -a seconda della risonanza- la vita si accorcia di molto fino a pochi milioni di anni nei casi più fortunati. Asteroidi che possano andare così vicini a Giove è ben difficile, dato che le orbite sarebbero perturbate molto prima (nei casi risonanti). Tuttavia, qualche asteroide è stato sicuramente catturato, ma in tempi molto remoti quando giravano un po' dappertutto.

  11. Valerio Ricciardi

    ...ma stiamo parlando ormai di roba strafredda... se ogni tanto ci sono urti che sminuzzano i due collidenti, poi si moltiplicano i pezzetti, e quelli se ne rivanno in giro con la prospettiva solo di eventualmente riaggregarsi a casaccio per autogravitazione, come nel fumetto geniale di Carl Barks con Paperone che cerca di sfruttare gli asteroidi per i suoi fini...
    di raggiungere livelli termici per collasso gravitazionale tali da arrivare a forme di fusione che aggreghino davvero la roba ad occhio non se ne parla...
    ...a quel punto la prospettiva sarebbe vedere via via la fascia principale diventare sempre più una "fascia di calcinacci e pezzi rotti" che girano come pazzi senza semafori come negli incroci di Addis Abeba in una perpetua roulette russa a volte punteggiata di  qualche mucchietto di sassi pronti a separare i propri destini orbitali se solo starnutisce un passero...

  12. caro Valerio,
    hai le idee un po' confuse... :wink:

    i pezzetti che si formano da collisioni o si riaccumulano subito per problemi di velocità di fuga o se ne vanno per sempre da soli.Di aggregazioni successive non se ne parla nemmeno...
     
    Cosa c'entra il riscaldamento? Chi ne ha mai parlato?

    L'evoluzione collisionale (Addis Abeba o no) continua imperterrita e se ne ha prova dal numero costante di NEA che in qualche modo sono sottoprodotto di collisioni e di immissioni in risonanza (ho scritto parecchi articoli a riguardo)

  13. Valerio Ricciardi

    Io non stavo mettendo in dubbio il meccanismo, ci mancherebbe altro. Mi veniva solo da notare che nella fascia principale, a questo punto, il caos tende complessivamente via via ad aumentare... citavo l'esempio (che non è dato ovviamente di vedere realizzarsi) dell'accumulo con possibilità di fusione in un corpo grande e più strutturato, perché quella era l'unico modo per ottenere un po' più di "ordine".
    Io son in cuor mio certissimo che vi sia una continua evoluzione collisionale: semplicemente perché lo vedo scritto da chi di ciò si è occupato per tutta la vita professionale (quindi ovvio e dovuto riconoscimento di competenza, non ossequio a un principio di autorità).
    Solo, mi colpisce molto questa apparente tendenza ad un aumento continuo del... disordine generale in quella parte del Sistema solare. La conseguenza mi parrebbe che si concretizzi in un generale aumento indefinito nel tempo di pezzetti sparsi, e gli accumuli di qualche km o qualche centinaio di m dovuti solo ad autogravitazione, e a diminuire nel tempo il numero degli asteroidi coesi di dimensioni decorosamente grandine.
    E tutto ciò, solo perché "al momento buono" a suo tempo la massa di Giove non ha permesso l'aggregazione di un pianeta di dimensioni adeguate a "pulire" per bene la propria orbita e a conquistarsene una stabile? Fantastico. 

  14. Tu pretenderesti che con le eccentricità e inclinazioni attuali si potesse ricostruirsi qualcosa? Eh no... troppo tardi ... l'occasione c'è stata, ma Giove ha detto NO. E non è che i TNO si trovino meglio. Comunque non è caos... il caos è quello che non si può prevedere... come dentro una risonanza. Le collisione fanno parte dell'ordine di una struttura a disco in cui vi siano eccentricità molto alte. Ben diversa la situazione per un satellite di Saturno (ad esempio), in cui i frammenti rimangono su orbite quasi circolari e possono riformare il vecchio satellite. Mimas è stato sicuramente distrutto almeno 2-3 volte. Ripeto ancora, le collisioni mutue non possono essere definite caos, se non quando si arriva a un passaggio ravvicinato dove l'orbita diventa iperbolica. 
    Inoltre, non tutto si può rompere (Cerere e Vesta no di certo... ormai, e moltissimi altri come loro) e al limite si tritura la roba già abbastanza piccola... Gli asteroidi, a parte coloro che vengono sbattuti nelle risonanze, hanno trovato una grande stabilità dinamica, ma non collisionale... Non confondiamo collisioni mutue con CAOS, che è un fenomeno puramente DINAMICO.

  15. SANDRO

    Scusate, approfitto del tema di confronto per fare una domanda: sapevo che la fascia asteroidale potrebbe essersi creata anche per collisione planetaria. Confermi Enzo?
    Grazie

  16. Michael

    Enzo, una cosa che non ho ancora capito è relativamente alla quantità degli asteroidi nella Fascia Principale. Se io mi ci trovassi in mezzo (in un punto a caso) con una navicella spaziale, quanti me ne troverei attorno? Sarebbe una situazione simile, ad esempio, a quella de "L'Impero Colpisce Ancora"? O ci sarebbe molto meno traffico?

  17. Michael

    Piccola curiosità: ho citato Star Wars dopo che Enzo ha accennato a Mimas che, scopro ora, essere incredibilmente somigliante alla Death Star.  :lol:

  18. davide1334

    una curiosità: se giove avesse detto si, questo quinto pianeta roccioso dal sole che massa avrebbe avuto?

  19. caro SANDRO,
    assolutamente no! E' una vecchissima e sorpassatissima idea ... Non vi sono più dubbi sulla mancata formazione. Anche se vi fosse stata una collisione mostruosamente grande non avremmo potuto avere frammenti lanciati così distanti tra loro, ma sicuramente qualcosa si sarebbe riformato, come è capito per la Terra e la Luna... Inoltre, fatto ancora più importante, la composizione degli asteroidi cambia con la distanza dal Sole, indicando che si sono proprio formati in zone diverse della nebulosa proto planetaria. 

    caro Michael,
    no, anche questa è un'idea sfruttata nei film. Non vedresti niente e nessuno nelle vicinanze. Per tanti che ce ne siano le distanze relative sono enormi. 

    caro Davide,
    più o meno della grandezza della Terra, così come Marte che ha solo parzialmente subito il disturbo di Giove... 

  20. Michael

    Oh, adesso finalmente è chiaro. :)
    Grazie! 

  21. SANDRO

    Ah, allora mi sa che sono rimasto un pochino indietro.... :mrgreen:

  22. SANDRO

    [ Inoltre, fatto ancora più importante, la composizione degli asteroidi cambia con la distanza dal Sole, indicando che si sono proprio formati in zone diverse della nebulosa proto planetaria.]

    Allora, vediamo se non ho capito male:
    con questa tua affermazione Enzo mi stai facendo capire che gli asteroidi presenti nella fascia tra Marte e Giove (come in altri gruppi del resto) hanno la stessa composizione?  

  23. no, SANDRO... proprio il contrario. Tra Marte e Giove la situazione cambia di molto, per cui chi si è formato vicino a Marte ha una composizione diversa da chi si è formato vicino a Giove. I più vicini hanno una presenza abbondante di silicati, mentre quelli verso Giove hanno più carbonati e probabilmente anche ghiacci vari... Se avessero la stessa composizione potremmo anche pensare che si siano formati in una zona ristretta e poi siano stati dispersi per motivi esterni (iper collisione... anche se impossibile fisicamente e dinamicamente). OK?

  24. Valerio Ricciardi

    (cit.) «la composizione degli asteroidi cambia con la distanza dal Sole, indicando che si sono proprio formati in zone diverse della nebulosa proto planetaria. »
    E  questo, direi che si chiama un solido argomento, che è ben più di un semplice indizio.  8)

  25. caro Valerio,
    la nostra fortuna è che le risonanze lavorano bene un po' dappertutto e i NEA sono un bel miscuglio di ... razze! (e quindi anche le meteoriti...)

  26. SANDRO

    Grazie per la pazienza Enzo, come vedi avevo male interpretato. :oops:

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