Una vecchia sonda della Nasa indaga i confini del sistema solare

La sonda spaziale New Horizons della Nasa sta sfrecciando al di là di tutti i pianeti noti del nostro sistema solare. In questo periodo si trova a circa otto miliardi di chilometri dal Sole e continuerà – nessuno sa fin quando – il suo viaggio nella gelida oscurità. Perfino il pianeta gigante Giove ai suoi occhi è solo un minuscolo puntino. New Horizons è nota soprattutto per averci dato il primo sguardo ravvicinato al pianeta nano Plutone.

Era il 2015. Fino ad allora, lo avevamo visto solo come una macchia sfocata anche ai più potenti telescopi spaziali. Ci ha anche insegnato molto sulle zone più lontane del Sistema solare e sui piccoli mondi ghiacciati che vi galleggiano.

Il sogno di questa missione però non è ancora finito, perché New Horizons potrebbe essere pronta per un evento a sorpresa. All’inizio del 2024, uno dei suoi rilevatori aveva registrato un inaspettato aumento della quantità di polvere che vi era nello spazio. Poiché quel materiale potrebbe essere stato creato durante collisioni tra frammenti di piccoli asteroidi, gli astronomi si chiesero se ci fossero degli oggetti oltre la fascia di Kuiper, che solitamente viene considerata il limite del Sistema solare.

Se così fosse, i confini del nostro Sistema solare dovranno essere ridisegnati e i nostri modelli di come si è formato saranno messi in dubbio. Alan Stern, il principale ricercatore della missione, e i suoi colleghi sono ovviamente desiderosi di sfruttare la posizione unica della sonda per scoprire di più su questa natura inesplorata, finché esistono le condizioni.

Le scoperte su Arrokoth

La New Horizons è stata lanciata nel 2006, lo stesso anno in cui Plutone è stato declassato dall’International Astronomical Union a pianeta nano.

La missione ha rivelato montagne e pianure e ci ha dato uno sguardo ravvicinato alle sue incredibili lune, come Caronte, con la sua complessa superficie di canyon. Prima ancora che la sonda spaziale raggiungesse Plutone, il gruppo di New Horizons si era impegnato nel trovare un altro obiettivo da studiare. Era noto che ci sono molti corpi ghiacciati – noti come “Oggetti della Fascia di Kuiper” (KBO) – là fuori, ma i telescopi terrestri non erano mai riusciti a trovarne alcuno alla portata della sonda spaziale. All’inizio, dunque, sembrava che non ci sarebbero stati candidati plausibili da esplorare.

Poi il telescopio spaziale Hubble prese in carico la ricerca, e nell’agosto 2015 fu finalmente fu trovato un obiettivo. Nel gennaio 2019, New Horizons sorvolò l’asteroide prescelto, una strana roccia lunga circa 35 chilometri chiamata Arrokoth. Lo scopo era saperne di più sulla sua composizione e superficie, per ottenere qualche indizio su come potrebbe essersi formato.

Arrokoth, si scoprì, è un “binario di contatto”, il che significa che è costituito da una coppia di oggetti attaccati insieme a formare un oggetto a due lobi, molto assomigliante a un pupazzo di neve. E fu così che New Horizon non solo osservò meglio Arrokoth, ma, insieme alle osservazioni che molti altri oggetti sono binari, ci ha insegnato qualcosa sui processi di formazione del primo Sistema solare.

Gli astronomi avevano pensato che i planetesimi, grandi corpi rocciosi in procinto di diventare pianeti, crescessero attraverso collisioni ad alta velocità. Ma la natura binaria di Arrokoth, due parti che devono essersi unite a una velocità piuttosto lenta, ha mostrato che probabilmente si è trattato di un processo di fusione più delicato.

Il ragionamento originale alla base dell’idea delle collisioni rapide si basa su una descrizione dell’evoluzione del Sistema solare nota come modello di Nizza. Prende il nome dalla città francese in cui è stato sviluppato e propone che i pianeti giganti abbiano iniziato molto più vicini tra loro e al Sole prima di migrare verso le loro posizioni attuali. Questi movimenti planetari avrebbero agitato il Sistema solare, inviando detriti che sfrecciavano in giro.

Ma la delicata formazione di Arrokoth, insieme alle orbite inaspettatamente stabili di molti KBO, suggerisce che la migrazione di Nettuno dall’interno all’esterno del Sistema solare sia stata meno dirompente di quanto preveda il modello di Nizza.

New Horizons ha raccolto una tale quantità di dati su Arrokoth che vengono ancora inviati dalla sonda alla Terra per essere analizzati e continuano a portare a nuove scoperte. Ma non c’erano piani per studiare altri KBO da vicino.

Ibernata

Il sorvolo di Arrokoth avrebbe dovuto essere il canto del cigno della sonda. Da quando ha lasciato quella posizione, New Horizons ha viaggiato in modalità ibernazione, con la maggior parte dei suoi strumenti spenti. Ha attraversato quella che si pensava fosse la fascia di Kuiper e ora sta incontrando un nuovo territorio, a quasi 60 UA di distanza da noi.

Solo la Pioneer della Nasa e la sonde gemelle Voyager si sono avventurate più lontano, ma le loro traiettorie le hanno portate fuori dal piano in cui si trova la fascia di Kuiper, mentre New Horizons vi è rimasta dentro. E recentemente sono arrivate le sorprese. L’unico strumento che rimane acceso, un rilevatore di polvere, ha rilevato infatti, qualcosa di strano. Tra 55 e 60 UA, ha iniziato a individuare più materiale polveroso del previsto.

Questa è un’importante indicazione, che dice che là fuori ci sono corpi più grandi di quel che si pensava che potrebbero scontrarsi tra loro. La presenza di tutta quella polvere ha suggerito che la fascia di Kuiper potrebbe essere più grande di quanto pensassimo.

Per comprendere meglio cosa sta succedendo, i ricercatori di New Horizons hanno utilizzato un osservatorio terrestre, il Subaru Telescope alle Hawaii, per esplorare la regione oltre la fascia di Kuiper. I loro risultati, presentati a una conferenza nel marzo 2023, mostrano un numero sorprendente di oggetti molto distanti oltre il presunto bordo esterno della fascia a 50 UA.

«Ci aspettavamo di incontrare la scogliera di Kuiper, dove la densità degli oggetti cala bruscamente», afferma Anne Verbiscer dell’università della Virginia, coinvestigatrice della missione New Horizons. «Invece, abbiamo scoperto che tra 50 UA e 60 UA c’erano molti più oggetti del previsto».

Cosa significa ciò? Secondo Verbiscer ciò vuol dire che potrebbe esserci una seconda fascia di Kuiper. Se così fosse, si tratterebbe di una scoperta enorme. «Ci farebbe riconsiderare molte delle proprietà che vediamo oggi nella regione transnettuniana e sulla formazione del nostro sistema solare», afferma Pedro Bernardinelli dell’università di Washington a Seattle.

«Ad esempio», afferma, «oggi spieghiamo la posizione del bordo della fascia di Kuiper con l’ipotesi che un’altra stella e il nostro Sole abbiano avuto un incontro ravvicinato nella loro giovinezza che ha spazzato via tutti gli oggetti oltre quella distanza. Se la fascia di Kuiper non finisce lì, ciò, forse, non è mai successo».

Possibili scoperte

Sebbene Bernardinelli sia entusiasta della prospettiva di una seconda fascia di Kuiper, invita alla cautela. I risultati del telescopio Subaru devono ancora essere sottoposti a revisione paritaria e altri studi sulla regione oltre le 60 UA con altri telescopi terrestri sono stati carenti.

Oltre alla conferma dei risultati iniziali, avremmo bisogno di maggiori dettagli sulle orbite di questi oggetti oltre le 60 UA per dire se sono solo parte della stessa fascia di Kuiper che conosciamo o se ne formano una seconda. Una possibile spiegazione, ad esempio, è che la fascia di Kuiper «sia semplicemente più estesa nella direzione in cui vola New Horizons», dice Stern.

Tuttavia, sottolinea che anche altri studi pubblicati negli ultimi dieci anni hanno trovato prove in accordo con i risultati del suo gruppo di lavoro. Se esista davvero una seconda fascia di Kuiper dipende dal modo in cui gli oggetti che la popolano si muovono attorno al Sole. Quando i ricercatori della New Horizons hanno iniziato a mappare la fascia di Kuiper, hanno scoperto variazioni significative nella distribuzione e nella stabilità dei KBO. Alcuni hanno orbite note come non risonanti, ovvero si muovono lungo le loro orbite senza essere soggetti all’influenza gravitazionale del vicino Nettuno. Da ciò, gli astronomi possono dedurre che questi KBO si sono formati dove si trovano adesso.

Ma i dati di New Horizons hanno rivelato che molti più KBO del previsto sono in risonanza orbitale con Nettuno. Ciò significa che questi KBO si allineano precisamente con Nettuno a intervalli regolari, un po’ come le lancette dei minuti e delle ore su un orologio. Ad esempio, un KBO in risonanza 2:3 con Nettuno completa tre orbite del Sole per ogni due orbite che Nettuno compie.

Ciò significa che l’orbita del KBO è abbastanza stabile, impedendo in gran parte qualsiasi collisione. E, in questo caso, gli astronomi possono dire che gli oggetti devono essersi formati altrove, forse nel Sistema solare interno, prima di essere tirati gravitazionalmente verso l’esterno e di inserirsi in un’orbita sincronizzata con Nettuno.

L’esplorazione della fascia di Kuiper da parte di New Horizons ha già messo in discussione le nostre idee esistenti su come si è formato il Sistema solare, incluso il modello di Nizza. Ma scoprire oggetti da una seconda fascia di Kuiper sarebbe davvero una scoperta eccezionale.

C’è ancora molto da imparare, quindi. E fortunatamente nel 2023 la Nasa ha esteso la missione New Horizons fino alla fine degli anni Venti, e gli astronomi stanno attualmente valutando se ci siano dei KBO davanti alla sonda che potrebbe teoricamente sorvolare e osservare.

«La navicella spaziale è in perfetta salute, ha energia nella sua batteria nucleare e un raggio di comunicazione che potrebbe consentirle di funzionare fino al 2050 circa», afferma Stern. Sono ora in atto piani per utilizzare i prossimi telescopi, come il Vera C. Rubin Observatory e il Nancy Grace Roman Space Telescope, per scoprire nuovi KBO per futuri sorvoli.

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