3I/ATLAS, la chimica estrema di una cometa arrivata dal gelo interstellare

3I/ATLAS non è soltanto un visitatore in transito da un altro sistema stellare. I gas e gli isotopi liberati dalla sua chioma conservano tracce delle condizioni in cui si sono formati i suoi ghiacci, e quelle condizioni sembrano molto più fredde e chimicamente diverse da quelle delle comete nate nel Sistema solare. L’interpretazione più solida è che provenga dalle regioni esterne di un sistema stellare antico e relativamente povero di metalli; gli astronomi, però, non possono ricondurla a una specifica stella madre. 1718

L’indizio decisivo: acqua eccezionalmente ricca di deuterio

Il risultato più diagnostico riguarda la composizione isotopica dell’acqua. Le misure del James Webb Space Telescope (JWST) hanno rilevato un rapporto deuterio/idrogeno, D/H, di (0,98 ± 0,06)%: oltre un ordine di grandezza sopra quello delle comete conosciute e, secondo ESA Webb, circa 30 volte il livello tipico delle comete del Sistema solare. Anche i rapporti isotopici del carbonio nel monossido e nel diossido di carbonio escono dagli intervalli usuali del Sistema solare, delle nubi interstellari vicine e dei dischi protoplanetari. 1726

Queste firme sono compatibili con una chimica dei ghiacci a temperature di 30 K o inferiori, equivalenti a circa −243 °C. In un ambiente così freddo, il deuterio può essere incorporato preferenzialmente nelle molecole. È quindi una registrazione chimica di condizioni di formazione eccezionalmente gelide, non la prova di un luogo di nascita individuato con precisione. 17

Una chioma ricca di sostanze volatili insolite

Anche la miscela di gas espulsa dal nucleo e presente nella chioma distingue 3I/ATLAS dalle comete più familiari.

• Diossido di carbonio (CO₂): le osservazioni indicano una quantità di CO₂ insolitamente alta rispetto all’acqua. I valori riportati per il rapporto CO₂/H₂O, intorno a 7–8:1, superano di molto quelli generalmente associati alle comete del Sistema solare. 3542
• Metano: lo strumento MIRI di JWST ha ottenuto la prima rilevazione diretta di metano in un oggetto interstellare. 33
• Nichel: gli spettri nel medio infrarosso hanno rilevato nichel atomico; osservazioni ottiche hanno inoltre confermato l’emissione di cianogeno (CN). Il nichel, dunque, non è stato trovato al posto del CN: entrambe le specie fanno parte dell’inventario chimico osservato. 3332

Nessuno di questi elementi, da solo, identifica un’unica storia d’origine. Presi insieme ai rapporti isotopici estremi, tuttavia, rafforzano l’ipotesi che 3I/ATLAS abbia conservato materiale ricco di volatili proveniente da una regione periferica e fredda del suo sistema natale.

Una coda ricca di azoto rafforza il quadro del “congelatore cosmico”

Dopo il perielio, lo strumento WEAVE, nella modalità Large Integral Field Unit (LIFU), montato sul William Herschel Telescope, ha risolto cinque ioni nella coda di plasma rivolta dalla parte opposta al Sole:

• N₂⁺
• CO⁺
• CO₂⁺
• H₂O⁺
• CH⁺

Il rapporto misurato N₂⁺/CO⁺ stabilisce un limite inferiore di N₂/CO > 0,023 ± 0,001. Ciò indica che la cometa è ricca di azoto rispetto alle comete del Sistema solare. Poiché l’azoto molecolare è molto volatile, la sua conservazione è coerente con una formazione a temperature molto basse. È un indizio di supporto, non una misura indipendente di un luogo d’origine o di un’età specifici. 37

Cosa dicono gli isotopi sull’origine

La traiettoria stabilisce indipendentemente la natura interstellare dell’oggetto; la sua chimica isotopica suggerisce invece una formazione in un ambiente relativamente povero di metalli. Nei modelli di evoluzione chimica della Galassia, un sistema stellare antico è quindi una sorgente plausibile. Entro le incertezze di tali modelli, i ricercatori indicano anche le regioni più esterne e impoverite di metalli del disco galattico come possibile area di origine. 1718

Si tratta necessariamente di un’inferenza probabilistica. Una cometa può preservare indizi sul proprio ambiente di formazione, ma oggi non può essere collegata dinamicamente a una stella con nome e cognome. Dire che 3I/ATLAS provenga con certezza da un sistema particolare, o che ogni passaggio della sua storia sia stato ricostruito, andrebbe oltre le prove disponibili.

Perché 3I/ATLAS conta per lo studio degli oggetti interstellari

Solo pochi oggetti interstellari sono stati osservati da vicino abbastanza da consentire analisi dettagliate. Ciascuno potrebbe essere atipico: per questo non sappiamo ancora se 3I/ATLAS sia un caso estremo o un campione rappresentativo di antichi planetesimi extrasolari.

Il Vera C. Rubin Observatory, attraverso la survey decennale Legacy Survey of Space and Time (LSST), potrebbe cambiare scala a questo campo di ricerca. Le previsioni restano molto incerte, perché sono poco vincolate l’abbondanza degli oggetti interstellari, le loro dimensioni, l’albedo e la distribuzione delle velocità: le stime pubblicate vanno da meno di una scoperta all’anno a molte decine all’anno, a seconda delle ipotesi. 23

Un campione più ampio, accompagnato da spettroscopia rapida, potrebbe chiarire:

• quanto spesso i visitatori interstellari siano cometari anziché rocciosi;
• la distribuzione di dimensioni, velocità e direzioni di arrivo;
• se oggetti ricchi di CO₂, metano, azoto o deuterio siano comuni;
• come la composizione vari tra probabili popolazioni stellari di origine;
• con quale efficienza i sistemi planetari espellano piccoli corpi nello spazio interstellare.

L’opportunità offerta da Rubin non è soltanto trovare altri visitatori insoliti: è passare dall’interpretazione di singoli casi allo studio comparativo di una popolazione. Solo allora sarà possibile verificare se 3I/ATLAS sia una rarissima reliquia del gelo profondo o un membro di una famiglia galattica molto più vasta. 15