Arrokoth, un mondo di zucchero

Quando ho letto la notizia, il pensiero mi è andato alla famosa puntata di Cosmo Brain, la sua versione radiofonica, che con Laura Paganini abbiamo dedicato ai Queen. Così, visto dagli appunti che mi sono conservato, il testo che avevo dedicato a New Horizons era ancora non pubblicato, ho pensato bene di recuperarlo E da qui nasce questa nuova puntata di particelle musicali!

L'oggetto più lontano del Sistema Solare

La sonda New Horizons, lanciata il 19 gennaio del 2006, aveva come missione quella di dirigersi verso i limiti più lontani del sistema solare. Il suo primo successo, quello per cui ha ottenuto il suo primo momento di notorietà, è stato il flyby accanto a Plutone e Caronte, ovvero un passaggio ravvicinato al pianeta e al suo satellite. Tra l'altro è stata anche la prima volta che siamo riusciti a ottenere una fotografia della superficie di Plutone, pianeta scoperto il 18 febbraio del 1930 da Clyde Tombaugh mentre era ospite del Lowell Observatory.
E' interessante notare come Percival Lowell, cui è intitolata la struttura, non sia stato solo uno strenuo sostenitore dell'esistenza di una civiltà marziana, ma anche un sostenitore dell'esistenza di un ipotetico pianeta X oltre l'orbita di Nettuno. Della stessa idea era anche Howard Phillips Lovecraft, che molto probabilmente aveva assistito a una conferenza dell'astronomo presso il Ladd Observatory, che frequentava dal 1903.
Tra l'altro Lovecraft mostrò qualcosa di più di un semplice interesse per l'astronomia quando scrisse allo Scientific American una lettera pubblicata il 16 luglio del 1906 in cui metteva in fila una serie di prove a dimostrazione dell'esistenza di un pianeta trans-nettuniano. E questo pianeta molto probabilmente divenne Yuggoth, citato nel racconto Colui che sussurrava nelle tenebre.

Haumea: il pianeta nano di Babbo Natale

Ci sono, in giro per il nostro sistema solare, alcuni oggetti rocciosi la cui scoperta ha causato il declassamento di Plutone da pianeta a pianeta nano. Il primo di questi fu Eris, dalla dea della discordia, che di fatto scatenò la discussione e la... discordia tra gli astronomi: il punto del contendere era essenzialmente lo status di Plutone e il nuovo nome che gli sarebbe dovuto essere assegnato. Gli astronomi statunitensi della NASA erano, infatti, preoccupati che la spesa per spedire New Horizons verso i confini estremi del Sistema Solare venisse accettata in maniera più languida rispetto a quello che sarebbe stato con Plutone pianeta.
Tra gli oggetti che generarono tutta questa discussione si contano anche altri corpi classificati come pienati nani: l'asteroide Cerere, o gli altri due pianeti nani della fascia di Kuiper, entrambi con nomi hawaiani: Makemake e Haumea. In particolare quest'ultima è la dea hawaiana della fertilità, anche se il primo nome di questo pianeta nano era stato Santa, poiché il team del Caltech che lo osservò per primo scoprì Haumea il 28 dicembre del 2004.
Dalla forma schiacciata, Haumea possiede anche due piccoli satelliti, Hi'iaka e Nāmaka, come i due figli della dea hawaiana, che sono i due puntini luminosi leggermente più piccoli nella foto scattata dal telescopio spaziale Hubble. Mi sarebbe, però, piaciuto presentarvi una bella immagine a una buona definizione, ma non ne possediamo, nonostante il titolo dell'articolo che vi propongo qui sotto, che è stato decisamente fuorviante!
Come poi avrete modo di vedere, cliccando sui link qui sopra, l'occasione di questo breve post nasce anche dal Calendario dell'avvento astronomico che vedrà domani la pubblicazione dell'ultima scheda astronomica, e non solo per la coincidenza con le festività natalizie e la scoperta di Haumea.

Dumas, C., Carry, B., Hestroffer, D., & Merlin, F. (2011). High-contrast observations of (136108) Haumea-A crystalline water-ice multiple system. Astronomy & Astrophysics, 528, A105. doi:10.1051/0004-6361/201015011 (arXiv)

Un grazioso modello del sistema solare

Dopo aver visto il video con cui apro questo post (via Keplero) ho pensato immediatamente al modello di Nizza (o Nice model, in originale), un modello simulativo sulle dinamiche, nel tempo, del nostro sistema solare sviluppato da Rodney Gomes, Harold F. Levison, Alessandro Morbidelli, Kleomenis Tsiganis in un terzetto di articoli pubblicati su Nature vol.235.
Innanzitutto vediamo come si ritiene si sia formato il sistema solare: secondo il modello di Kant-Laplace, il nostro sistema planetario si è formato a partire da una nube densa e massiccia di gas molecolare costituito soprattutto da idrogeno. E' all'interno di questa nube che avviene la formazione dei pianeti con il più o meno lento addensarsi della materia. In particolare la teoria suppone che i pianeti giganti si siano formati su orbite circolari e coplanari^{(3, 5)}. All'interno di questa descrizione, tutti i pianeti si sono sostanzialmente formati nella posizione attuale. Il modello di Nizza, invece, suggerisce che tutti gli oggetti del sistema solare si sono formati in una posizione differente e che una perturbazione nelle orbite a forzato i pianeti verso le attuali e più stabili orbite.
Il nucleo del modello originale è stato sviluppato da Gomes, Morbidelli e Levison nel 2004⁽⁷⁾

Studiamo la migrazione planetaria in un disco di planetesimi libero da gas. Nel caso del nostro sistema solare mostriamo che Nettuno potrebbe avere avuto sia una migrazione smorzata, limitata a poche UA, sia una migrazione forzata fino al bordo del disco, in dipendenza della densità di massa del disco. Studiamo anche la possibilità di una fuga (runaway migration) dei pianeti isolati in un disco moltomassivo, che potrebbe essere rilevante per sistemi extra-solari. Investighiamo il problema della perdita di massa della fascia di Kuipert alla luce della migrazione planetaria e concludiamo che la fascia perde massa da ben prima che Nettuno raggiungesse la sua attuale posizione. Quindi Nettuno ha effettivamente colpito il bordo estremo del disco proto-planetario. Investighiamo anche le dinamiche degli embrioni planetari massicci inclusi nel disco dei planetesimi. Concludiamo che l'eliminazione degli embrioni di massa pari alla Terra o a Marte originariamente posti all'esterno dell'iniziale posizione di Nettuno richiede l'esistenza di un bordo del disco vicino alle 30 UA.

In questo primo articolo si trova anche un modellino analitico sul processo di migrazione. Innanzitutto si calcola la variazione nel tempo del semiasse maggiore $a_P$ del pianeta: \[\frac{\text{d} a_P}{\text{d} t} = \frac{k}{2 \pi} \frac{M(t)}{M_P} \frac{1}{\sqrt{a_P}}\] dove $M(t)$ è la quantità di materia in orbita che incrocia l'orbita del pianeta, $M_P$ la massa del pianeta, $k$ un parametro per la distribuzione di quelle orbite.
L'evoluzione di $M(t)$ è descritta dalla seguente equazione: \[\dot M (t) = -\frac{M(t)}{\tau} + 2 \pi a_P |\dot a_P| \sigma (a_P)\] dove $\tau$ è il tempo di decadimento dei planetesimi, $\sigma$ la densità superficiale dei planeteseimi non ancora scatterati (quelli, cioè, che non hanno subito urti: in questo senso è anche da intendersi il tempo di decadimento dei planetesimi), $\dot a_P$ il tasso di migrazione planetario, $\dot M (t)$ il decadimento della popolazione dei planetesimi dovuto alla dinamica finita della vita media dei planetesimi.
Sostituendo la prima equazione nella seconda, si ottiene: \[\dot M (t) = \left ( \frac{1}{\tau} + |k| \sqrt{a_P} \frac{\sigma(a_P)}{M_P} \right ) M(t)\] E la soluzione di quest'ultima equazione è data da: \[M(t) = M(0) \text{e}^{\alpha t}\] dove \[\alpha = \frac{1}{\tau} + |k| \sqrt{a_P} \frac{\sigma(a_P)}{M_P}\] che è indipendente dal tempo.
A questo punto si possono avere due situazione: $\alpha$ negativo, $\alpha$ positivo.
Nel primo caso la velocità di migrazione è troppo bassa per compensare la perdita di planetesimi: la migrazione è detta migrazione smorzata.
Nel secondo caso $M(t)$ cresce esponenzialmente e la migrazione, detta forzata, è auto-sostenuta.

Dopo che i pianeti giganti si sono formati e la nube gassosa circumsolare si è dissipata, il sistema solare era composto da Sole, pianeti, e da un disco di detriti dei planetesimi.

La migrazione dei pianeti è così causata da un cambiamento nel momento angolare dovuto all'urto con i planetesimi.

Simulazioni numeriche⁽⁴⁾ mostrano che Giove è stato forzato a muoversi verso l'interno, mentre Saturno, Urano e Nettuno verso l'esterno.

Un esempio di output prodotto dalle simulazioni di Nizza è grafico seguente: