La cometa interstellare che ha recentemente dominato le prime pagine dei giornali, 3I/ATLAS, potrebbe avere un’età compresa tra 10 e 12 miliardi di anni, secondo una nuova valutazione della sua composizione isotopica. Questo cosiddetto “invasore” del nostro Sistema Solare è solo il terzo oggetto registrato ad essere entrato nel nostro vicinato cosmico provenendo da oltre i confini dello spazio. Se queste nuove stime sull’età della cometa fossero corrette, suggerirebbero che 3I/ATLAS si sia formata entro pochi miliardi di anni dalla nascita della Via Lattea.
Quando fu scoperta nel 2025, 3I/ATLAS si stava avvicinando al Sole a una velocità di 58 chilometri al secondo. È la cometa più veloce mai osservata, superando di gran lunga le velocità dei suoi predecessori 1I/’Oumuamua e 2I/Borisov. E secondo la teoria, più un oggetto interstellare viaggia veloce, più vecchio deve essere, perché deve aver subito molteplici incontri con altri oggetti spaziali e forze di fionda gravitazionale con altre stelle che lo avrebbero accelerato a velocità elevate.
Quindi, basandosi sulla velocità della cometa, gli astronomi Aster Taylor e Darryl Seligman, rispettivamente della University of Michigan e della Michigan State University, hanno determinato che 3I/ATLAS ha un’età “cinematica” compresa tra 3 e 11 miliardi di anni. Si tratta di un intervallo ampio con una notevole incertezza, ma ora un nuovo studio condotto da Martin Cordiner del Goddard Space Flight Center della NASA si è espresso a favore del valore più antico di questo intervallo, basandosi sulla composizione isotopica della cometa.
Lo studio
Grazie agli studi condotti con lo spettrometro nel vicino infrarosso (NIRSpec) del telescopio spaziale James Webb, Cordiner e il suo team hanno misurato sia il rapporto tra carbonio-12 e carbonio-13 nella cometa 3I/ATLAS, sia il grado di arricchimento dell’acqua di 3I/ATLAS con la molecola di deuterio, uno dei due isotopi stabili dell’idrogeno. Entrambe queste proprietà sono strumenti importanti per dedurre l’età e l’origine della cometa.
Gli isotopi sono atomi dello stesso elemento che hanno lo stesso numero di protoni ma un numero diverso di neutroni. Il carbonio-12 è la forma normale del carbonio, con 6 protoni e 6 neutroni. Il carbonio-13 è l’isotopo δ, con 6 protoni e 7 neutroni. Il deuterio ha un protone e un neutrone (a differenza del normale idrogeno, che ha un protone e nessun neutrone).
Gli isotopi del carbonio si trovano su 3I/ATLAS in composti come il monossido di carbonio e l’anidride carbonica, e persino in molecole organiche come metanolo, formaldeide e metano. NIRSpec ha scoperto che 3I/ATLAS contiene molto più carbonio-12 rispetto al carbonio-13 di qualsiasi altra sostanza osservata nel nostro Sistema Solare, o persino nei dischi protoplanetari attorno ad altre stelle vicine, o nelle nubi molecolari locali. Questo ci dice almeno che 3I/ATLAS non proviene da qui.
Il carbonio-13 si arricchisce nel tempo all’interno del mezzo interstellare e delle nubi molecolari che formano le stelle. Una bassa abbondanza di carbonio-13 rispetto al carbonio-12 indica quindi che 3I/ATLAS deve essersi formata molto tempo fa, prima che il carbonio-13 potesse accumularsi fino ai livelli attuali.
Stimare l’età di 3I/ATLAS
Possiamo ricorrere ai modelli di evoluzione galattica per azzardare una stima di quanto tempo fa ciò sia avvenuto. Dopo la formazione della Via Lattea, circa 13 miliardi di anni fa, si verificò un’intensa fase di formazione stellare: un’enorme ondata di stelle. Molte di queste stelle si evolsero rapidamente in giganti rosse, prima di disperdere i loro strati esterni e formare una nebulosa planetaria, lasciando dietro di sé il loro nucleo caldo e inerte, che chiamiamo nana bianca.
Quando si trova in un sistema binario stretto con un’altra stella, una nana bianca può sottrarre così tanto materiale da innescare un’esplosione termonucleare sulla sua superficie. Questo fenomeno è chiamato nova e tali eventi sono prodigiosi produttori di carbonio-13. Si presume quindi che un rapido susseguirsi di esplosioni di nova si sia verificato durante i primi quattro miliardi di anni di storia della Via Lattea. Affinché 3I/ATLAS contenga un rapporto così basso di carbonio-13 rispetto al carbonio-12, pur contenendo alcuni elementi pesanti, deve essersi formata nel mezzo di tutto questo, prima che l’abbondanza di carbonio-13 avesse il tempo di aumentare nella galassia. Questo collocherebbe l’età di 3I/ATLAS tra i 10 e i 12 miliardi di anni.
Le origini della cometa interstellare
L’arricchimento di deuterio in 3I/ATLAS ci fornisce anche informazioni sulle origini della cometa interstellare. Il deuterio può sostituire uno o entrambi gli atomi di idrogeno nell’acqua, ed è questo che gli scienziati intendono per arricchimento di deuterio. L’arricchimento di deuterio nell’acqua di 3I/ATLAS presenta un rapporto D/H di un ordine di grandezza superiore rispetto a quello delle comete tipiche formatesi nel nostro Sistema Solare.
Questo grado di arricchimento si verifica in determinati ambienti. Il ghiaccio d’acqua può arricchirsi di deuterio a temperature inferiori a 30 gradi sopra lo zero assoluto (-243°C), tipiche delle nubi interstellari, e in un ambiente relativamente povero di elementi pesanti, il che suggerisce una formazione avvenuta nelle prime fasi della storia della nostra galassia.
Le comete si formano in prossimità dei pianeti, quindi, se questi risultati sono corretti, 3I/ATLAS potrebbe benissimo essere una reliquia di uno dei primi sistemi planetari della galassia. 3I/ATLAS può dirci qualcosa su questi primi pianeti attorno ai quali si è formata?
Si ritiene che le comete, essendo oggetti ghiacciati, si formino nelle regioni più remote dei dischi protoplanetari, lontano dal calore della loro giovane stella che altrimenti vaporizzerebbe i ghiacci. Il confine in un disco protoplanetario tra la zona in cui l’acqua si trova allo stato gassoso o liquido e quella in cui si trova allo stato solido è chiamato linea della neve.
“Crediamo che i materiali cometari in generale siano rappresentativi dei mattoni costitutivi dei pianeti al di fuori della linea della neve d’acqua nel disco protoplanetario“, ha dichiarato Cordiner a Space.com. “Quindi lo stesso vale probabilmente per le comete interstellari, che forniscono informazioni uniche su cosa potrebbero essere i materiali di cui sono composti i pianeti extrasolari”.
La composizione chimica di 3I/ATLAS
Gli scienziati stanno ancora ricostruendo il quadro completo della composizione chimica di 3I/ATLAS, ma ci sono alcune cose che possono affermare in questa fase. “Sia 2I/Borisov che 3I/ATLAS mostrano una composizione relativamente ricca di carbonio rispetto alle comete del Sistema Solare“, ha affermato Cordiner. “Questo implica, quantomeno, l’abbondante presenza di carbonio nel sistema planetario di origine. 3I/ATLAS è anche molto ricca di acqua“.
La presenza di deuterio e di vari composti di carbonio e ossigeno è indicativa di una chimica piuttosto complessa che si è verificata sui granelli di polvere ghiacciata da cui probabilmente si è formato il sistema planetario di 3I/ATLAS, suggerendoci che le molecole organiche e l’acqua erano componenti importanti dei pianeti anche in quelle prime fasi della storia dell’Universo.
3I/ATLAS è una reliquia di un’era perduta di formazione planetaria?
Tuttavia, il vero punto di origine di 3I/ATLAS rimane un mistero, e probabilmente lo rimarrà per sempre. Ripercorrere la sua traiettoria per oltre 10 milioni di anni diventa difficile, se non impossibile, a causa delle interazioni gravitazionali tra 3I/ATLAS e le stelle che incontra, le quali ne perturbano la traiettoria.
Tuttavia, la conoscenza della sua età restringe un po’ il campo. Il disco della Via Lattea è diviso in due parti: un disco stretto, profondo 1.000 anni luce, dove avviene la maggior parte della formazione stellare della nostra galassia (e dove è nato il nostro Sole), situato all’interno di un disco spesso più diffuso e profondo (circa 3.000 anni luce). Le osservazioni delle stelle nel disco spesso effettuate dalla missione Gaia dell’Agenzia Spaziale Europea suggeriscono che il disco spesso abbia iniziato a formarsi 13 miliardi di anni fa, mentre si ritiene che il disco sottile sia molto più giovane, essendosi formato circa 9 miliardi di anni fa. Se queste età sono corrette, allora 3I/ATLAS potrebbe provenire da una stella del disco spesso.
“Sembra più probabile quanto più [3I/ATLAS] è antica“, ha affermato Cordiner. In effetti, 3I/ATLAS è così antica che il sistema stellare che l’ha generata potrebbe non esistere più.
I risultati sono attualmente in attesa di revisione paritaria, ma sono disponibili in una versione preliminare.