I transnettuniani, piccoli mondi oltre Nettuno: la sorpresa di Hubble e James Webb

Se siamo alla ricerca di testimonianze del passato, ciò che si fa sulla Terra è scavare. Generalmente, più si scava in profondità e più remote sono le testimonianze che si vanno scoprendo, sia si tratti di fossili sia di manufatti.

Nel caso del Sistema Solare, per conoscerne il passato invece di “scavare” si deve osservare lontano nelle sue regioni più esterne. Più lontano si guarda, oltre i pianeti più esterni, più indietro si va alle sue origini. Possiamo affermare che l’archeologia del Sistema Solare si svolge nelle sue regioni più esterne.

Queste regioni, oltre l’orbita di Nettuno, sono popolate da una famiglia di corpi di piccole dimensioni, chiamati “Oggetti Transnettuniani”.

Grazie alle osservazioni congiunte dei telescopi spaziali Hubble e James Webb oggi ne sappiamo di più su questi corpi, preziosi in quanto ci permettono di ricostruire caratteristiche del Sistema Solare all’epoca della sua formazione.

Piccoli fossili rimasti oltre l'orbita di Nettuno

Gli Oggetti Transnettuniani, o TNO (Trans-Neptunian Objects), orbitano oltre Nettuno e rappresentano ciò che resta del disco di polveri, ghiacci e piccoli corpi dal quale, circa 4,6 miliardi di anni fa, si formarono i pianeti.

Mentre nelle regioni interne del Sistema Solare questi piccoli corpi si sono aggregati con un processo di accrezione durato diversi milioni di anni, formando corpi sempre più massicci fino a formare i noti pianeti rocciosi (Mercurio, Venere, Terra e Marte); nelle regioni più esterne, a motivo della loro più bassa densità spaziale, il processo di accrezione si è arrestato, facendo sì che questi piccoli corpi conservassero immutate le loro caratteristiche iniziali. Sono pertanto a tutti gli effetti fossili del nostro Sistema Solare.

Di questa famiglia di oggetti transnettuniani ne esistono due sotto-famiglie, chiamate rispettivamente TNO caldi e TNO freddi. L’aggettivo non si riferisce alla loro temperatura, poiché sia gli uni che gli altri sono corpi così distanti dal Sole da essere prevalentemente ricoperti di ghiaccio. Piuttosto, ci si riferisce alle loro caratteristiche dinamiche.

I TNO freddi hanno orbite circolari, per cui si ritiene che essi occupino la stessa regione in cui si sono formati.

Diversamente, i TNO caldi hanno orbite ellittiche e più inclinate rispetto al piano orbitale dei pianeti. Si ritiene che questi abbiano avuto una storia più complessa, formatisi nelle regioni più interne del Sistema Solare, solo successivamente per interazioni gravitazionali siano migrati oltre l’orbita di Nettuno.

Cosa hanno scoperto Hubble e James Webb

I due telescopi spaziali Hubble e James Webb sono riusciti a scoprire 27 TNO tra i più piccoli finora osservati. Le nuove osservazioni hanno utilizzato NIRCam di Webb nell'infrarosso insieme agli strumenti di Hubble sensibili alla luce visibile ed hanno permesso di stimare le dimensioni, l’albedo (cioè la riflettività), nonché il loro colore.

Il risultato più interessante di questo studio è che gli oggetti freddi più piccoli mostrano una distribuzione dei colori molto simile a quella dei TNO freddi più grandi. Lo stesso succede anche per gli oggetti della popolazione calda. Non emerge quindi un cambiamento sistematico della superficie dei TNO al diminuire delle dimensioni.

Il colore è importante perché dipende dai materiali presenti sulla superficie, cioè dalla composizione chimica superficiale. Già sapevamo che la loro superficie presenta una notevole diversità di ghiacci — acqua, anidride carbonica, monossido di carbonio, metanolo e composti organici più complessi.

Questa composizione chimica, rimasta sostanzialmente immutata durante la successiva storia del Sistema Solare, ci rivela la composizione chimica del disco protoplanetario nella quale questi oggetti si sono formati.

Meno collisioni del previsto e una nuova sfida ai modelli

Finora si era pensato che i TNO più piccoli avessero subito nel corso del tempo molte più collisioni di quante ne avessero subito i TNO più grandi. Se così fosse stato, gli urti avrebbero frammentato questi corpi portando in superficie strati interni con materiali diversi e di conseguenza ne avrebbero modificato il colore.

Invece Hubble e James Webb non hanno notato differenze significative nei colori.

Una possibilità è che la fascia transnettuniana abbia sperimentato meno collisioni distruttive di quanto previsto. Un'altra è che le collisioni siano effettivamente avvenute, ma senza modificare profondamente la composizione osservabile delle superfici.

C'è poi una seconda sorpresa. La distribuzione delle dimensioni degli oggetti dinamicamente caldi e freddi risulta molto simile, nonostante le due popolazioni si siano probabilmente formate in regioni del disco protoplanetario con condizioni differenti.

Questo suggerisce che il processo fondamentale attraverso cui polvere e ciottoli si aggregarono formando i primi planetesimi potrebbe essere stato relativamente universale, simile nelle regioni sia interne che esterne del disco protoplanetario.

Questo studio condotto da un team di dottorandi della University of Victoria in Canada mostra come: Webb e Hubble non stiano semplicemente scoprendo minuscoli oggetti oltre Nettuno, ma stiano portando alla luce testimonianze dei primordi del Sistema Solare.