Osservazioni nel medio infrarosso, condotte con il telescopio Subaru, hanno svelato la forma e la temperatura superficiale del nucleo della cometa 2P/Encke. Analizzando le variazioni dell’emissione termica del nucleo durante la sua rotazione, i ricercatori hanno scoperto che esso presenta una forma allungata, con un asse maggiore di circa 7 chilometri e un asse minore di circa 3 chilometri. Hanno inoltre determinato che, al momento dell’osservazione, la temperatura superficiale era pari a 328 ± 7 Kelvin (circa 55°C). Tali risultati, pubblicati sull’Astronomical Journal, offrono nuovi indizi per comprendere l’evoluzione dell’attività e delle orbite cometarie, oltre a fornire elementi preziosi per esplorare le fasi primordiali del Sistema Solare.
Il nucleo: una chiave per comprendere le comete
Apparendo quasi dal nulla, con la loro caratteristica “chioma” nebulosa e la lunga “coda” che solca il cielo notturno, le comete hanno suscitato, nel corso della storia umana, un profondo interesse sotto il profilo culturale, artistico e scientifico. La cometa Encke (2P/Encke) prende il nome dall’astronomo tedesco del XIX secolo Johann Encke, il quale ne studiò dettagliatamente l’orbita, dimostrando che si tratta di una cometa periodica che transita in prossimità del Sole all’incirca ogni 3,3 anni. Encke osservò anche che il periodo orbitale della cometa tendeva a ridursi progressivamente, un fenomeno la cui causa rimase a lungo ignota. La soluzione dell’enigma si celava, in realtà, nel “nucleo” situato al centro della cometa.
Verso la metà del XX secolo, l’astronomo statunitense Fred Whipple ipotizzò che, durante l’avvicinamento al Sole, l’espulsione di getti di gas e polveri dalla cometa generasse una forza di reazione capace di modificarne l’orbita. Whipple propose inoltre il modello della “palla di neve sporca”, secondo cui il nucleo sarebbe costituito da ghiaccio mescolato a polveri; tale modello rimane ancora oggi un pilastro fondamentale per la nostra comprensione delle comete.
I nuclei cometari conservano materiale risalente alla nascita del Sistema Solare, avvenuta 4,6 miliardi di anni fa: una caratteristica che li rende un oggetto di studio di grande importanza. Tuttavia, man mano che una cometa si avvicina al Sole, il gas e le polveri rilasciati dal nucleo si diffondono attorno ad esso, formando una struttura simile a una nube chiamata chioma; per questo motivo, l’osservazione diretta del piccolo nucleo centrale risulta complessa dagli osservatori situati sulla Terra.
Determinazione della forma e della temperatura del nucleo
Un team di ricerca composto da membri dell’University of Occupational and Environmental Health, dell’Università Kyoto Sangyo e della società Photocross Co., Ltd. ha analizzato i dati nel medio infrarosso (lunghezza d’onda di circa 10 micrometri) relativi alla cometa Encke, ottenuti nel novembre 2003 tramite il telescopio Subaru. Le osservazioni sono state condotte utilizzando lo strumento COMICS (Cooled Mid-Infrared Camera and Spectrometer). Le osservazioni nel medio infrarosso consentono di rilevare l’emissione termica proveniente dal nucleo stesso. Grazie all’elevata risoluzione spaziale del telescopio Subaru, la cometa Encke è apparsa come una sorgente puntiforme, il che indica che il contributo della chioma al segnale osservato è stato minimo.
L’analisi ha rivelato che la luminosità della cometa variava durante le osservazioni. Si ritiene che ciò sia dovuto alla rotazione del nucleo, caratterizzato da una forma allungata, che modifica le dimensioni apparenti della sua superficie osservata dalla Terra. Sulla base di tale variazione di luminosità, il team ha stimato che il nucleo sia un ellissoide allungato, con un asse maggiore di circa 7 chilometri e un asse minore di circa 3 chilometri.
Precedenti osservazioni, condotte sia nel campo della luce visibile che tramite radar, avevano già suggerito una possibile forma allungata del nucleo della cometa Encke; d’altro canto, le osservazioni effettuate da sonde spaziali hanno rivelato che i nuclei cometari presentano spesso forme complesse e tutt’altro che sferiche. Questo studio fornisce una stima indipendente della forma di Encke, basata sull’emissione termica del nucleo stesso.
Analizzando ulteriormente l’emissione termica rilevata a diverse lunghezze d’onda, il team ha determinato che la temperatura superficiale del nucleo era di 328 ± 7 Kelvin (circa 55°C) quando la cometa si trovava a una distanza di circa 1,1 unità astronomiche (UA) dal Sole. Tale valore è in buon accordo con la temperatura di circa 327 Kelvin prevista da un modello empirico basato su osservazioni precedenti. La temperatura superficiale di un nucleo indica come esso assorba la luce solare e irradi calore nello spazio, offrendo elementi preziosi sulle sue proprietà termiche e aiutando i ricercatori a comprenderne l’attività.
Come l’attività cometaria può modificare un’orbita
La cometa Encke occupa un posto speciale nella storia dello studio delle comete. È stata uno dei casi che ha condotto gli scienziati a individuare l’”effetto non gravitazionale”, per cui i getti di gas che fuoriescono dal nucleo agiscono come un propulsore a razzo, spingendo il nucleo e alterandone l’orbita. L’entità e la direzione di questo effetto dipendono dalla forma e dalla rotazione del nucleo, nonché dal punto e dalla direzione in cui il gas viene rilasciato. La forma emersa da questo studio non può essere indicata come causa diretta della variazione del periodo orbitale della cometa Encke. Ciononostante, la forma e le dimensioni qui determinate forniscono informazioni fondamentali per comprendere l’attività della cometa e la sua evoluzione orbitale a lungo termine.
Maunakea: una finestra per osservare i nuclei cometari
Nel 2021, lo stesso team è riuscito a rilevare il nucleo di un’altra cometa nel medio infrarosso. Insieme a questo risultato, le osservazioni condotte da terra stanno gradualmente svelando la natura dei nuclei cometari. L’infrarosso medio è particolarmente adatto a rilevare l’emissione termica di un nucleo, ma si tratta di una banda spettrale complessa per le osservazioni da terra: la radiazione nel medio infrarosso viene infatti facilmente assorbita dal vapore acqueo presente nell’atmosfera terrestre; inoltre, sia il telescopio stesso che l’atmosfera emettono una forte radiazione termica.
La zona sommitale del Maunakea, a un’altitudine di circa 4.200 metri, è caratterizzata da un clima secco e una scarsa presenza di vapore acqueo, il che la rende un luogo ideale per le osservazioni nell’infrarosso medio. Sfruttando questo ambiente eccellente e l’ampia apertura di 8,2 metri del telescopio Subaru, lo strumento COMICS si è distinto a livello mondiale per le sue capacità uniche, consentendo di effettuare riprese (imaging) e spettroscopia con un’elevata risoluzione spaziale.
COMICS ha concluso le sue attività presso il telescopio Subaru nel 2020. Attualmente, sul Maunakea non è disponibile alcuno strumento in grado di effettuare regolarmente osservazioni nel medio infrarosso; è tuttavia in corso un progetto per riattivare COMICS, coordinato dal Dott. Takafumi Ootsubo, dell’University of Occupational and Environmental Health, che ha guidato anche questo studio. “Il nostro studio sulla cometa Encke ha dimostrato che le osservazioni nel medio infrarosso permettono di rilevare direttamente l’emissione termica proveniente dal nucleo stesso”, afferma Ootsubo. “Rimettendo in funzione COMICS, speriamo di poter studiare nel dettaglio la forma, la temperatura e i materiali superficiali di molti altri nuclei cometari, avvicinandoci così a svelare il loro vero volto”.