Nel 1989, la missione Voyager 2 scoprì sei nuove lune in orbita attorno a Nettuno, tra cui cinque minuscole che orbitano appena fuori dagli anelli principali del pianeta. A causa delle loro piccole dimensioni e della loro posizione, questi satelliti sono stati difficili da studiare dalla Terra. Ora, utilizzando il telescopio spaziale James Webb (JWST) della NASA, un team di ricercatori del Caltech ha osservato gli anelli di Nettuno e tre di queste lune – Larissa, Galatea e Proteo – scoprendo che la loro composizione è unica tra i corpi del Sistema Solare esterno. Questi risultati indicano l’esistenza di un sistema lunare originario che fu distrutto quando Tritone, la luna più grande di Nettuno, fu probabilmente catturato dalla gravità del pianeta dopo essersi formato altrove nel Sistema Solare. I ricercatori ritengono che i resti di questa collisione si siano poi uniti per formare le lune interne che vediamo oggi. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Science Advances.
“Se Nettuno avesse avuto un tempo un sistema di lune simile a quello che vediamo oggi su Urano, ci aspettiamo che sia stato completamente distrutto dal processo di cattura di Tritone”, afferma Ryleigh Davis, ex studentessa di dottorato al Caltech e autrice principale dell’articolo. “Questa è una nuova ed entusiasmante prova che qualcosa di catastrofico è accaduto su Nettuno, distruggendo completamente i suoi satelliti originali, e stiamo iniziando a vedere le tracce lasciate da quel processo”.
Nettuno è un pianeta particolare, in quanto è l’unico nel Sistema Solare a non possedere un sistema di lune “tipico” di grandi satelliti ordinati, il che significa che anche il suo percorso evolutivo potrebbe essere unico. Infatti, un altro studio recente dello stesso programma di ricerca JWST, guidato dal ricercatore post-dottorato del Caltech Matthew Belyakov, fornisce prove indipendenti dell’esistenza del sistema di satelliti originale, suggerendo che Nereide, la luna di Nettuno, potrebbe essere l’unico membro intatto sopravvissuto.
Osservando le lune interne
Per cercare ulteriori indizi che potessero aiutare a ricostruire la storia di Nettuno, Davis, che ha svolto i suoi studi di dottorato nel laboratorio di Mike Brown, professore di astronomia planetaria titolare della cattedra Richard e Barbara Rosenberg al Caltech, e il suo team si sono rivolti alle lune interne del pianeta. Fino a poco tempo fa, non esistevano dati spettroscopici per queste lune. Gli spettrografi, come lo strumento nel vicino infrarosso del JWST, scompongono la luce nelle sue numerose lunghezze d’onda per ottenere informazioni sulla composizione chimica degli oggetti astronomici, consentendo agli scienziati di identificare le molecole presenti.
In collaborazione con Belyakov, Davis ha progettato e co-diretto un programma di ricerca utilizzando i dati del JWST per determinare la composizione dei satelliti e verificare se il team potesse saperne di più su come questi oggetti potrebbero essersi formati. “I fillosilicati non erano mai stati rilevati in nessun altro punto del Sistema Solare esterno oltre Giove, quindi non erano nella nostra lista di cose da cercare“, afferma Davis, che ora è ricercatrice post-dottorato presso l’UC San Diego. “Siamo rimasti scioccati nel trovare le argille osservate, che dovevano provenire da oggetti molto, molto più grandi delle piccole lune dell’anello interno di Nettuno”.
Argille provenienti da un mondo più grande
Un risultato interessante, afferma Davis, è che negli spettri di Larissa, Galatea e degli anelli sono state trovate tracce di fillosilicati ricchi di magnesio, minerali che si formano solo in presenza di acqua liquida. Eppure, gli spettri di nessuna delle tre lune studiate o degli anelli indicano la presenza di ghiaccio d’acqua. “È davvero sorprendente, perché tutto ciò che si trova in questa parte del Sistema Solare è ghiacciato“, afferma. “Quindi, siamo abbastanza sicuri che debbano provenire dalle profondità di qualcosa di abbastanza grande da generare calore sufficiente a fondere il ghiaccio d’acqua. Pensiamo che il luogo più probabile sia un sistema originario di lune ghiacciate, anche se resta un mistero dove possa essere finito il ghiaccio“.
Brown, che è anche titolare della cattedra Terence D. Barr e direttore del Centro per l’Evoluzione Planetaria Comparata del Caltech, ricorda che tutti i membri del team si ponevano la stessa grande domanda quando osservavano gli spettri dei satelliti: “cos’è quello?”. “Ci è voluto un meticoloso lavoro investigativo da parte di Davis prima che capissimo cosa stavamo vedendo“, afferma. “A volte, nella scienza, si cerca di trovare prove per valutare un’ipotesi specifica, e a volte qualcosa a cui non si aveva pensato ti colpisce in pieno“.
Un mistero oltre Proteo
Inoltre, i fillosilicati non erano presenti su Proteo, la più grande delle piccole lune studiate, il che suggerisce che potrebbe essersi riaccresciuta da una diversa regione del disco di detriti o aver subito un successivo riscaldamento che ha distrutto eventuali minerali argillosi presenti. In aggiunta, il team ha scoperto che ciascuna delle tre lune presenta lo stesso minerale idrato che non è stato ancora in grado di identificare. “Vediamo qualcosa che non assomiglia a nient’altro che abbiamo identificato nel Sistema Solare; non corrisponde a nulla che abbiamo nelle nostre librerie spettrali”, afferma Davis. “Supponiamo che si tratti di una qualche forma di roccia idrata proveniente anche dalle lune, ma c’è ancora molto mistero”.
Sebbene il team propenda per lo scenario della distruzione primordiale di un satellite, osserva che non si può escludere una spiegazione alternativa: la frammentazione mareale di un grande oggetto differenziato della Fascia di Kuiper, di dimensioni simili a Plutone, che è passato troppo vicino a Nettuno ed è stato fatto a pezzi dalla gravità del pianeta.
“In entrambi i casi, ciò che vediamo su queste lune deve provenire dalle profondità di qualcosa di molto più grande“, afferma Davis, sottolineando che le lune interne di Nettuno sono l’unico luogo nel Sistema Solare in cui possiamo osservare direttamente la composizione interna profonda di un grande mondo ghiacciato. “Quel materiale è normalmente sepolto in modo permanente: possiamo solo dedurre cosa c’è. Qui, un evento catastrofico ha essenzialmente capovolto queste antiche lune, e noi possiamo vedere cosa era nascosto al loro interno”.
Domande lasciate dai detriti
La ricercatrice osserva che le scoperte del team lasciano più domande aperte che risposte; progetti futuri, afferma, potrebbero esaminare le dinamiche dell’evoluzione del processo di distruzione e ricreazione delle lune. “Se si introduce Tritone e si distruggono le lune più grandi, pensiamo che solo l’1% circa di quel materiale sia rimasto nel sistema”, afferma Davis. “Ma il comportamento effettivo di quel materiale potrebbe essere molto diverso se Tritone continuasse a sconvolgere il sistema per lungo tempo. Quindi, in prospettiva, sarebbe interessante capire come si svolge effettivamente questo processo. Da lì, la domanda è: possiamo imparare qualcosa sulle dimensioni che dovevano avere le lune iniziali per essersi formate e aver fornito questo materiale?”.
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