"Le lune possono avere lune?"

Questa semplice domanda, posta dal figlio di quattro anni di Juna Kollmeier di Carnegie, ha dato il via a tutto. Non molto tempo dopo questa richiesta iniziale della buonanotte, Kollmeier stava coordinando un programma presso il Kavli Institute for Theoretical Physics (KITP) sulla Via Lattea mentre il suo compagno di classe del college Sean Raymond dell'Université de Bordeaux stava frequentando un programma KITP parallelo sulla dinamica dei pianeti simili alla Terra. Dopo aver discusso questa semplicissima domanda in un seminario, i due hanno unito le forze per risolverlo. I loro risultati sono alla base di un articolo pubblicato in Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .

Il duo ha dato il via a una tempesta di fuoco su Internet alla fine dell'anno scorso quando hanno pubblicato una bozza del loro articolo che esaminava la possibilità di lune in orbita attorno ad altre lune su un server di prestampa per manoscritti di fisica e astronomia.

La conversazione online era ossessionata dal termine migliore per descrivere tali fenomeni con opzioni come lune lunari e mini-lune che venivano gettate nel mix. Ma la nomenclatura non era il punto dell'indagine di Kollmeier e Raymond (anche se hanno una preferenza per le sublune). Piuttosto, hanno deciso di definire i parametri fisici per le lune che sarebbero in grado di essere stabilmente orbitate da altri, lune più piccole.

"I pianeti orbitano attorno alle stelle e le lune orbitano attorno ai pianeti, quindi era naturale chiedersi se le lune più piccole potessero orbitare attorno a quelle più grandi, " ha spiegato Raimondo.

I loro calcoli mostrano che solo grandi lune su ampie orbite dai loro pianeti ospiti potrebbero ospitare sublune. Le forze di marea sia del pianeta che della luna agiscono per destabilizzare le orbite delle sottolune che orbitano attorno a lune o lune più piccole che sono più vicine al loro pianeta ospite.

Hanno scoperto che quattro lune nel nostro Sistema Solare sono teoricamente in grado di ospitare le proprie sublune satellitari. la luna di Giove Callisto, le lune di Saturno Titano e Giapeto, e la Luna della Terra si adatta perfettamente a un satellite che potrebbe ospitare il proprio satellite, anche se finora non ne è stato trovato nessuno. Però, aggiungono che sono necessari ulteriori calcoli per affrontare possibili fonti di instabilità sublunare, come la concentrazione non uniforme di massa nella nostra crosta lunare.

"La mancanza di sublune conosciute nel nostro Sistema Solare, anche in orbita attorno a lune che potrebbero teoricamente supportare tali oggetti, può offrirci indizi su come si sono formati i nostri pianeti e quelli vicini, su cui ci sono ancora molte domande in sospeso, " ha spiegato Kollmeier.

Si pensa che le lune in orbita attorno a Saturno e Giove siano nate dal disco di gas e polvere che circondano i pianeti giganti gassosi nelle fasi successive della loro formazione. La nostra Luna, d'altra parte, si pensa che abbia avuto origine a seguito di un gigantesco impatto tra la giovane Terra e un corpo delle dimensioni di Marte. La mancanza di sublune stabili potrebbe aiutare gli scienziati a comprendere meglio le diverse forze che hanno modellato i satelliti che vediamo.

Kollmeier ha aggiunto:"e, Certo, questo potrebbe informare gli sforzi in corso per capire come si evolvono i sistemi planetari altrove e come il nostro Sistema Solare si inserisce nelle migliaia di altri scoperti dalle missioni di caccia ai pianeti".

Per esempio, il possibile exomoon appena scoperto in orbita attorno a Kepler 1625b delle dimensioni di Giove ha la massa e la distanza giuste dal suo ospite per sostenere una subluna, Kollmeier e Raymond trovati. Sebbene, l'inclinazione dedotta della sua orbita potrebbe rendere difficile la stabilità di un tale oggetto. Però, rilevare una subluna intorno a un'esomoon sarebbe molto difficile.

Data l'eccitazione che circonda le ricerche di esopianeti potenzialmente abitabili, Kollmeier e Raymond hanno calcolato che lo scenario migliore per la vita su grandi sottolune è intorno a stelle massicce. Sebbene estremamente comune, le piccole stelle nane rosse sono così deboli e le loro zone abitabili così vicine che le forze di marea sono molto forti e le sublune (e spesso anche le lune stesse) sono instabili.

Finalmente, gli autori sottolineano che una sottoluna artificiale può essere stabile e quindi fungere da capsula del tempo o avamposto. Su un'orbita stabile attorno alla Luna, come quella per il Lunar Gateway proposto dalla NASA, una sottoluna manterrebbe i tesori dell'umanità al sicuro per i posteri molto tempo dopo che la Terra è diventata inadatta alla vita. Kollmeier e Raymond concordano sul fatto che c'è molto più lavoro da fare (e da divertirsi) per comprendere le sublune (o la loro mancanza) come una registrazione rocciosa della storia dei sistemi pianeta-luna.