Quando la cometa 45P ha sfrecciato oltre la Terra all'inizio del 2017, ricercatori che osservano dall'Infrared Telescope Facility della NASA, o IRTF, alle Hawaii ha sottoposto il trekker di lunga data a un accurato controllo astronomico. I risultati aiutano a riempire i dettagli cruciali sui ghiacci nelle comete della famiglia di Giove e rivelano che l'eccentrico 45P non corrisponde esattamente a nessuna cometa studiata finora.

Come un medico che registra i segni vitali, il team ha misurato i livelli di nove gas rilasciati dal nucleo ghiacciato nella sottile atmosfera della cometa, o coma. Molti di questi gas forniscono elementi costitutivi per gli amminoacidi, zuccheri e altre molecole biologicamente rilevanti. Di particolare interesse sono stati il ​​monossido di carbonio e il metano, che sono così difficili da rilevare nelle comete della famiglia di Giove che sono state studiate solo poche volte prima.

I gas provengono tutti dal miscuglio di ghiacci, roccia e polvere che compongono il nucleo. Si pensa che questi ghiacci nativi contengano indizi sulla storia della cometa e su come è invecchiata.

"Le comete conservano un registro delle condizioni del primo sistema solare, ma gli astronomi pensano che alcune comete potrebbero preservare quella storia più completamente di altre, " ha detto Michael Di Santi, un astronomo del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, e autore principale del nuovo studio in Giornale Astronomico .

La cometa, ufficialmente chiamata 45P/Honda-Mrkos-Pajdušáková, appartiene alla famiglia delle comete di Giove, orbiter frequenti che girano intorno al sole circa ogni cinque o sette anni. Si sa molto meno dei ghiacci nativi in ​​questo gruppo rispetto alle comete a lungo raggio della nuvola di Oort.

Per identificare i ghiacci nativi, gli astronomi cercano impronte chimiche nella parte infrarossa dello spettro, oltre la luce visibile. DiSanti e colleghi hanno condotto i loro studi utilizzando lo spettrografo ad alta risoluzione iSHELL recentemente installato all'IRTF sulla vetta del Maunakea. Con iSHELL, i ricercatori possono osservare molte comete che un tempo erano considerate troppo deboli.

La gamma spettrale dello strumento consente di rilevare molti ghiacci vaporizzati contemporaneamente, che riduce l'incertezza quando si confrontano le quantità di ghiacci diversi. Lo strumento copre lunghezze d'onda a partire da 1,1 micrometri nel vicino infrarosso (la gamma degli occhiali per la visione notturna) fino a 5,3 micrometri nella regione del medio infrarosso.

iSHELL ha anche un potere di risoluzione sufficientemente alto per separare le impronte digitali a infrarossi che cadono vicine tra loro in lunghezza d'onda. Ciò è particolarmente necessario nei casi di monossido di carbonio e metano, perché le loro impronte digitali nelle comete tendono a sovrapporsi alle stesse molecole nell'atmosfera terrestre.

"La combinazione dell'alta risoluzione di iSHELL e della capacità di osservare di giorno all'IRTF è l'ideale per studiare le comete, soprattutto comete di breve periodo, "ha detto John Rayner, direttore dell'IRTF, che è gestito per la NASA dall'Università delle Hawaii.

Durante l'osservazione per due giorni all'inizio di gennaio 2017, poco dopo il massimo avvicinamento del 45P al sole, il team ha effettuato misurazioni robuste dell'acqua, monossido di carbonio, metano e altri sei ghiacci nativi. Per cinque gelati, compreso monossido di carbonio e metano, i ricercatori hanno confrontato i livelli sul lato soleggiato della cometa con il lato in ombra. I risultati hanno contribuito a colmare alcune lacune, ma hanno anche sollevato nuove domande.

I risultati rivelano che il 45P è a così basso livello di monossido di carbonio congelato, che è ufficialmente considerato esaurito. Da solo, questo non sarebbe troppo sorprendente, perché il monossido di carbonio fuoriesce facilmente nello spazio quando il sole riscalda una cometa. Ma il metano ha quasi la stessa probabilità di fuggire, quindi un oggetto privo di monossido di carbonio dovrebbe avere poco metano. 45P, però, è ricco di metano ed è una delle rare comete che contiene più metano del ghiaccio di monossido di carbonio.

È possibile che il metano sia intrappolato all'interno di altro ghiaccio, rendendo più probabile che rimanga. Ma i ricercatori pensano che il monossido di carbonio potrebbe aver reagito con l'idrogeno per formare metanolo. Il team ha scoperto che il 45P ha una quota superiore alla media di metanolo congelato.

Quando questa reazione ha avuto luogo c'è un'altra domanda, una che arriva al cuore della scienza delle comete. Se il metanolo fosse prodotto su granelli di ghiaccio primordiale prima che si formasse il 45P, allora la cometa è sempre stata così. D'altra parte, i livelli di monossido di carbonio e metanolo nel coma potrebbero essere cambiati nel tempo, soprattutto perché le comete della famiglia di Giove trascorrono più tempo vicino al sole rispetto alle comete di Oort Cloud.

"Gli scienziati delle comete sono come gli archeologi, studiare vecchi campioni per capire il passato, " ha detto Boncho Bonev, un astronomo dell'American University e il secondo autore dell'articolo. "Vogliamo distinguere le comete come si sono formate dall'elaborazione che potrebbero aver subito, come separare le reliquie storiche da successive contaminazioni".

Il team è ora sul caso per capire quanto possano essere tipici i loro risultati tra comete simili. 45P è stata la prima di cinque di queste comete di breve periodo disponibili per lo studio nel 2017 e 2018. Sulla scia di 45P c'erano le comete 2P/Encke e 41P/Tuttle-Giacobini-Kresak. La prossima estate e autunno è prevista per 21P/Giacobini–Zinner, e più tardi verrà 46P/Wirtanen, che dovrebbe rimanere entro 10 milioni di miglia (16 milioni di chilometri) dalla Terra per la maggior parte di dicembre 2018.

"Questa ricerca è rivoluzionaria, " ha detto Faith Vilas, il direttore del programma di ricerca solare e planetaria presso la National Science Foundation, o NSF, che ha contribuito a sostenere lo studio. "Questo amplia la nostra conoscenza del mix di specie molecolari coesistenti nei nuclei delle comete della famiglia gioviana, e le differenze che esistono dopo molti viaggi intorno al sole."

"Siamo entusiasti di vedere questa prima pubblicazione di iSHELL, che è stato costruito attraverso una partnership tra NSF, l'Università delle Hawaii, e NASA, " ha detto Kelly veloce, Scienziato del programma IRTF presso la sede della NASA. "Questo è solo il primo di molti risultati iSHELL a venire."