Un antico viandante potrebbe aver visitato il Sole e inavvertitamente aiutato a plasmare il Sistema Solare in quello che è oggi. È successo miliardi di anni fa, quando un drifter stellare si avvicinò a 110 unità astronomiche (UA) dal nostro Sole. Gli effetti sono stati duraturi e possiamo vedere evidenze dell’incontro fugace del visitatore in tutto il Sistema Solare.
Netuno è il pianeta più esterno del Sistema Solare e, per una definizione semplice, questo può segnare il confine del Sistema Solare. C’è un intero regno di altri oggetti oltre Netuno chiamato Fascia di Kuiper. È la casa di Plutone, della maggior parte dei pianeti nani e di alcune comete. Gli astronomi non sono certi di quanto sia grande la popolazione della Fascia di Kuiper, ma potrebbe contenere decine di migliaia di oggetti più grandi di 100 km di diametro.
Alcuni di questi oggetti hanno orbite insolite e sono chiamati oggetti trans-neptuniani (TNO). In una nuova ricerca, un team di astronomi suggerisce che queste orbite, e alcune altre evidenze nel Sistema Solare, supportano l’idea che un’altra stella sia passata vicino al nostro Sistema Solare e abbia portato questi oggetti nelle loro orbite attuali. La stella potrebbe aver disturbato alcuni oggetti così fortemente da spingerli nel Sistema Solare interno e farli diventare lune attorno ai pianeti giganti.
Questi risultati sono in due nuovi articoli. Uno è pubblicato nella rivista Nature e si intitola “Traiettoria del passaggio stellare che plasma il Sistema Solare esterno.” Il secondo è pubblicato nell’Astrophysical Journal Letters e si intitola “Lune irregolari possibilmente iniettate dal sistema solare esterno da un passaggio stellare.” Susanne Pfalzner, autrice principale di entrambi, proviene dal Jülich Supercomputing Centre, Forschungszentrum (Centro di Ricerca) Jülich, Jülich, Germania.
“La bellezza di questo modello risiede nella sua semplicità. Risponde a diverse domande aperte sul nostro sistema solare con una sola causa.”
Seppur Netuno segni il confine esterno dei pianeti nel nostro Sistema Solare, esiste un’intera popolazione di oggetti oltre di esso. “Tuttavia, sono noti diversi millenni di corpi celesti che si muovono oltre l’orbita di Netuno,” ha affermato Pfalzner. “Sorprendentemente, molti di questi cosiddetti oggetti trans-neptuniani si muovono su orbite eccentriche che sono inclinate rispetto al piano orbitale comune dei pianeti nel sistema solare.”
Plutone è il TNO più conosciuto poiché un tempo era considerato un pianeta. La sua orbita è inclinata di 17 gradi rispetto all’eclittica, un piano immaginario che la Terra segue mentre orbita attorno al Sole. Nell’eclittica, la Terra è considerata in orbita attorno al Sole a zero gradi, mentre nessuno degli altri pianeti è inclinato di più di sette gradi.
Pfalzner e i suoi co-ricercatori hanno utilizzato simulazioni per cercare di capire come alcuni oggetti siano inclinati. Hanno eseguito oltre 3.000 simulazioni al supercomputer nel loro sforzo. Volevano indagare l’idea che una stella in transito potesse essere responsabile, e il loro lavoro ha dimostrato che potrebbe esserlo.
“Il nostro esaustivo studio numerico sui parametri consiste in oltre 3.000 simulazioni individuali che modellano l’effetto di un passaggio stellare su un disco di planetesimi che circonda il Sole esteso a 150 UA e 300 UA, rispettivamente,” scrivono gli autori nella loro ricerca.
Ci sono tre popolazioni distinte di TNO:
- gli oggetti della fascia di Kuiper fredda che si muovono su orbite quasi circolari vicino al piano,
- gli TNO simili a Sedna che orbitano a grandi distanze (rp?>?60?UA) su orbite altamente eccentriche (e?>?0.5),
- TNO con alta inclinazione (i?>?60°).
Qualunque teoria sulla formazione del Sistema Solare deve spiegare questi tre gruppi, secondo gli autori. “Sebbene finora siano noti solo tre oggetti simili a Sedna e pochi TNO altamente inclinati, sono il banco di prova per ogni teoria di formazione del Sistema Solare esterno,” scrivono.
Questa non è la prima volta che gli scienziati si chiedono se un passaggio stellare possa spiegare queste parti puzzling del nostro Sistema Solare. Ma questa domanda è stata scartata perché si pensava che i passaggi stellari fossero rari. Tuttavia, man mano che otteniamo telescopi più potenti, stiamo scoprendo che sono più comuni. “Tuttavia, recenti osservazioni del Atacama Large Millimeter Array rivelano che i passaggi stellari ravvicinati sembrano essere relativamente comuni,” scrivono gli autori.
La ipotesi del passaggio ha riacquistato interesse, ma è difficile da studiare poiché lo spazio dei parametri del passaggio è così vasto e le previsioni sono vaghe.
Questi ricercatori hanno fatto importanti progressi, però, e le loro simulazioni possono spiegare molto.
“Anche le orbite di oggetti molto distanti possono essere dedotte, come quella del pianeta nano Sedna nelle regioni più esterne del sistema solare, scoperta nel 2003. E anche oggetti che si muovono su orbite quasi perpendicolari rispetto alle orbite planetarie,” ha detto Pfalzner. Sedna ha un’orbita estremamente ampia e impiega 11.400 anni per completare un’orbita attorno al Sole. La sua orbita è anche altamente eccentrica.
Secondo Pfalzner e i suoi colleghi, un passaggio stellare può spiegare anche due oggetti del Sistema Solare con orbite molto peculiari. 2008 KV42 ha un’orbita retrograda, il che significa che orbita nella direzione opposta rispetto ai pianeti. L’orbita di 2011 KT19 è inclinata di 110 gradi, il che significa che segue effettivamente un’orbita retrograda polare.
Che tipo di stella potrebbe aver plasmato le orbite di questi oggetti?
Questa tabella del documento mostra la traiettoria del passaggio stellare che ha modellato il Sistema Solare esterno. Colonne: masse solari, UA, inclinazione, angolo di periastron e dimensione presunta del disco pre-passaggio. Crediti d’immagine: Pfalzner et al. 2024.
“Il miglior abbinamento per il Sistema Solare esterno di oggi che abbiamo trovato con le nostre simulazioni è una stella che era leggermente più leggera del nostro Sole – circa 0.8 masse solari,” ha spiegato il collega di Pfalzner, Amith Govind. “Questa stella è passata oltre il nostro Sole a una distanza di circa 16,5 miliardi di chilometri. Questo è circa 110 volte la distanza tra la Terra e il Sole, un po’ meno di quattro volte la distanza del pianeta più esterno, Netuno.”
Le lune irregolari sono uno dei puzzle del Sistema Solare. Tutto nel Sistema Solare si è formato dalla nebulosa solare, il che significa che, a meno di influenza esterna, tutto dovrebbe condividere somiglianze orbitali. “L’origine di queste lune irregolari è ancora una domanda aperta, ma queste lune hanno molto in comune con gli oggetti oltre Netuno (oggetti trans-neptuniani—TNO), suggerendo un’origine comune,” scrivono gli autori.
La stella in transito potrebbe aver disturbato oggetti lontani e inviati a schiantarsi nel Sistema Solare interno, dove i pianeti giganti li hanno catturati nelle loro orbite.
Questa tabella della ricerca mostra la popolazione delle lune irregolari del Sistema Solare. La maggior parte delle lune irregolari segue orbite retrograde. Crediti d’immagine: Pfalzner et al. 2024.
Le lune irregolari hanno orbite insolite che possono essere inclinate, “altamente eccentriche, a volte retrograde, e a volte a grandi distanze dal loro pianeta. Tutti e quattro i pianeti giganti ospitano lune irregolari, come Phoebe di Saturno e Tritone di Nettuno. “La bellezza di questo modello risiede nella sua semplicità,” dice Pfalzner. “Risponde a diverse domande aperte sul nostro sistema solare con una sola causa.”
Questa immagine di Cassini mostra la luna di Saturno, Phoebe. È un esempio delle proprietà insolite delle lune irregolari. Come molte altre, orbita attorno a Saturno nella direzione opposta. Crediti d’immagine: NASA/JPL.
“Un passaggio stellare può riprodurre simultaneamente le dinamiche complesse dei TNO quantitativamente, mentre spiega l’origine delle lune irregolari e le distribuzioni di colore di entrambe le popolazioni,” scrivono gli autori. Le loro simulazioni mostrano che il passaggio avrebbe inviato il 7,2% della popolazione TNO nel Sistema Solare interno. Molti di essi avrebbero seguito orbite retrograde, sebbene la maggior parte sarebbe stata successivamente espulsa dal Sistema Solare, e solo un numero limitato è stato catturato dai pianeti.
Questo passaggio potrebbe aver avuto un impatto sull’aspetto della vita? Questa è una domanda puramente speculativa, ma poiché la vita è così rara e inspiegata, deve essere posta. È possibile che alcuni oggetti disturbati dal passaggio si siano schiantati sulla Terra o su altri pianeti, portando potenzialmente materiali prebiotici e volatili. Allo stesso tempo, l’orbita della Terra potrebbe essere rimasta indisturbata. “Tuttavia, quanto materiale prebiotico contenuto originariamente in un TNO iniettato sopravviverebbe all’impatto su un pianeta terrestre richiederebbe ulteriori studi,” scrivono gli autori.
Le simulazioni sono state in grado di spiegare questioni critiche sul Sistema Solare che necessitano di spiegazioni. Tuttavia, c’è bisogno di ulteriore evidenza prima che il lavoro sia conclusivo.
Le previsioni del team potrebbero essere verificate quando l’Osservatorio Vera Rubin (VRO) entrerà in funzione. Si prevede che il VRO scoprirà circa 40.000 TNO.