La rilevazione dei metalli pesanti ferro (Fe) e nichel (Ni) nell'atmosfera sfocata di una cometa è illustrata in questa immagine, che presenta lo spettro di luce di C/2016 R2 (PANSTARRS) in alto a sinistra sovrapposto a un'immagine reale della cometa scattata con il telescopio SPECULOOS all'Osservatorio dell'ESO al Paranal. Ogni picco bianco nello spettro rappresenta un elemento diverso, con quelli per ferro e nichel indicati da trattini blu e arancioni, rispettivamente. Spettri come questi sono possibili grazie allo strumento UVES sul VLT dell'ESO, uno spettrografo ad alta risoluzione che estende la linea così tanto che possono essere identificati individualmente. Inoltre, UVES rimane sensibile fino a lunghezze d'onda di 300 nm. La maggior parte delle linee importanti di ferro e nichel appaiono a lunghezze d'onda di circa 350 nm, il che significa che le capacità di UVES sono state essenziali per fare questa scoperta. Credito:ESO/L. Calçada, SPECULOOS Team/E. Jehin, Manfroid et al.
Un nuovo studio di un team belga che utilizza i dati del Very Large Telescope dell'Osservatorio europeo meridionale (VLT dell'ESO) ha dimostrato che ferro e nichel esistono nelle atmosfere delle comete in tutto il nostro Sistema Solare, anche quelli lontani dal sole. Uno studio separato di un team polacco, che ha utilizzato anche i dati dell'ESO, ha riferito che il vapore di nichel è presente anche nella gelida cometa interstellare 2I/Borisov. Questa è la prima volta che i metalli pesanti, solitamente associato ad ambienti caldi, sono stati trovati nelle atmosfere fredde di comete lontane.
"È stata una grande sorpresa rilevare atomi di ferro e nichel nell'atmosfera di tutte le comete che abbiamo osservato negli ultimi due decenni, circa 20 di loro, e anche in quelli lontani dal Sole nell'ambiente dello spazio freddo, " afferma Jean Manfroid dell'Università di Liegi, Belgio, che guidano il nuovo studio sulle comete del Sistema Solare pubblicato oggi in Natura .
Gli astronomi sanno che i metalli pesanti esistono negli interni polverosi e rocciosi delle comete. Ma, perché i metalli solidi di solito non "sublimano" (diventano gassosi) a basse temperature, non si aspettavano di trovarli nelle atmosfere delle comete fredde che viaggiano lontano dal Sole. Vapori di nichel e ferro sono stati rilevati anche nelle comete osservate a più di 480 milioni di chilometri dal Sole, più di tre volte la distanza Terra-Sole.
Il team belga ha trovato ferro e nichel nelle atmosfere delle comete in quantità approssimativamente uguali. Materiale nel nostro Sistema Solare, per esempio quello trovato nel Sole e nei meteoriti, di solito contiene circa dieci volte più ferro del nichel. Questo nuovo risultato ha quindi implicazioni per la comprensione da parte degli astronomi del primo sistema solare, anche se il team sta ancora decodificando cosa sono.
"Le comete si sono formate circa 4,6 miliardi di anni fa, nel giovanissimo Sistema Solare, e da allora non sono cambiati. In tal senso, sono come fossili per gli astronomi, ", afferma il coautore dello studio Emmanuel Jehin, anche dall'Università di Liegi.
Mentre il team belga studia questi oggetti "fossili" con il VLT dell'ESO da quasi 20 anni, non avevano individuato la presenza di nichel e ferro nelle loro atmosfere fino ad ora. "Questa scoperta è rimasta nascosta per molti anni, " dice Jehin.
Il team ha utilizzato i dati dello strumento Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) sul VLT dell'ESO, che utilizza una tecnica chiamata spettroscopia, analizzare le atmosfere delle comete a diverse distanze dal Sole. Questa tecnica consente agli astronomi di rivelare la composizione chimica degli oggetti cosmici:ogni elemento chimico lascia una firma unica, un insieme di linee, nello spettro della luce degli oggetti.
La squadra belga aveva individuato debole, righe spettrali non identificate nei loro dati UVES e a un'ispezione più attenta notarono che stavano segnalando la presenza di atomi neutri di ferro e nichel. Un motivo per cui gli elementi pesanti erano difficili da identificare è che esistono in quantità molto piccole:il team stima che per ogni 100 kg di acqua nelle atmosfere delle comete ci sia solo 1 g di ferro, e circa la stessa quantità di nichel.
"Di solito c'è 10 volte più ferro che nichel, e in quelle atmosfere comete abbiamo trovato circa la stessa quantità per entrambi gli elementi. Siamo giunti alla conclusione che potrebbero provenire da un tipo speciale di materiale sulla superficie del nucleo della cometa, sublimando a una temperatura piuttosto bassa e rilasciando ferro e nichel all'incirca nelle stesse proporzioni, " spiega Damien Hutsemékers, anche membro del team belga dell'Università di Liegi.
Anche se il team non è ancora sicuro di quale materiale possa essere, i progressi dell'astronomia, come l'ELT Imager e lo spettrografo nel medio infrarosso (METIS) sul prossimo Extremely Large Telescope (ELT) dell'ESO, consentiranno ai ricercatori di confermare la fonte degli atomi di ferro e nichel trovati nelle atmosfere di queste comete.
Il team belga spera che il loro studio apra la strada a ricerche future. "Ora le persone cercheranno quelle righe nei loro dati di archivio da altri telescopi, " Jehin dice. "Pensiamo che questo attiverà anche nuovi lavori sull'argomento".
Righe di emissione del nichel atomico gassoso nello spettro del vicino ultravioletto di 2I/Borisov. Credito:ESO/P.Guzik/M.Drahus
Metalli pesanti interstellari
Un altro notevole studio pubblicato oggi su Natura mostra che i metalli pesanti sono presenti anche nell'atmosfera della cometa interstellare 2I/Borisov. Un team in Polonia ha osservato questo oggetto, la prima cometa aliena a visitare il nostro Sistema Solare, usando lo spettrografo X-shooter sul VLT dell'ESO quando la cometa volò circa un anno e mezzo fa. Hanno scoperto che l'atmosfera fredda di 2I/Borisov contiene nichel gassoso.
"All'inizio abbiamo avuto difficoltà a credere che il nichel atomico potesse davvero essere presente in 2I/Borisov così lontano dal Sole. Ci sono voluti numerosi test e controlli prima che potessimo finalmente convincerci, " afferma l'autore dello studio Piotr Guzik dell'Università Jagellonica in Polonia. La scoperta è sorprendente perché, prima dei due studi pubblicati oggi, gas con atomi di metalli pesanti erano stati osservati solo in ambienti caldi, come nelle atmosfere di esopianeti ultra-caldi o comete in evaporazione che sono passate troppo vicino al Sole. 2I/Borisov è stato osservato quando si trovava a circa 300 milioni di chilometri dal Sole, o circa il doppio della distanza Terra-Sole.
Studiare in dettaglio i corpi interstellari è fondamentale per la scienza perché contengono preziose informazioni sui sistemi planetari alieni da cui provengono. "All'improvviso abbiamo capito che il nichel gassoso è presente nelle atmosfere cometarie in altri angoli della Galassia, " dice il co-autore Micha? Drahus, anche dall'Università Jagellonica.
Gli studi polacchi e belgi mostrano che le comete 2I/Borisov e il Sistema Solare hanno ancora più cose in comune di quanto si pensasse in precedenza. "Ora immagina che le comete del nostro Sistema Solare abbiano i loro veri analoghi in altri sistemi planetari:quanto è bello?, " Conclude Drahus.
