Scoperte e prove dell'origine extrasolare degli oggetti interstellari nel Sistema Solare

Per decenni, gli astronomi hanno teorizzato l'esistenza di corpi celesti che viaggiano attraverso lo spazio interstellare, non legati gravitazionalmente a nessuna stella specifica. Questi "oggetti interstellari" sono definiti come corpi macroscopici che attraversano un sistema planetario, come il nostro Sistema Solare, ma che hanno avuto origine al di fuori di esso. La loro scoperta diretta, avvenuta solo negli ultimi anni, ha segnato l'inizio di una nuova e affascinante era per l'astronomia e le scienze planetarie.

La possibilità di osservare e studiare questi visitatori cosmici offre un'opportunità senza precedenti per esaminare direttamente materiali provenienti da altri sistemi stellari. Ciò rappresenta un profondo cambiamento nel modo in cui si possono investigare i sistemi esoplanetari, passando da metodi puramente indiretti, come la rilevazione di esopianeti attraverso le variazioni di luminosità o le oscillazioni gravitazionali delle loro stelle, a un'analisi diretta, seppur limitata, dei loro costituenti fondamentali. L'arrivo di questi oggetti trasforma lo studio dei sistemi esoplanetari, fornendo i primi "campioni" tangibili di materia da ambienti celesti lontani. Questo arricchisce in modo fondamentale la portata della scienza planetaria, consentendo un'indagine più diretta dei "mattoni" che compongono mondi al di là del nostro.

Al momento della scrittura di questo articolo, tre di questi straordinari messaggeri sono stati confermati e studiati in dettaglio: 1I/'Oumuamua, scoperto nel 2017; 2I/Borisov, individuato nel 2019; e il più recente, 3I/ATLAS, la cui scoperta è avvenuta nel 2025. Ciascuno di essi ha contribuito in modo unico alla comprensione di questa nuova classe di oggetti, rivelando sia somiglianze che sorprendenti diversità.

La prova definitiva dell'origine extrasolare di un corpo celeste osservato nel nostro Sistema Solare risiede nella sua traiettoria orbitale. I corpi celesti all'interno di un sistema stellare seguono percorsi orbitali specifici, la cui forma è determinata dalla forza gravitazionale della stella centrale. Queste traiettorie possono essere classificate in base alla loro eccentricità (e).

Le orbite possono assumere diverse forme:

• e = 0 indica un'orbita circolare;
• 0 < e < 1 descrive orbite ellittiche, tipiche dei pianeti e della maggior parte delle comete legate gravitazionalmente al Sole.
• e = 1 corrisponde a un'orbita parabolica, che rappresenta la soglia di velocità di fuga, dove un oggetto possiede appena l'energia sufficiente per sfuggire all'attrazione gravitazionale del corpo centrale.

Una traiettoria iperbolica indica che l'oggetto possiede una velocità tale da superare l'attrazione gravitazionale del Sole, confermando che non è gravitazionalmente legato alla nostra stella e che sta semplicemente transitando o uscendo dal nostro sistema planetario. È fondamentale sottolineare che traiettorie iperboliche così estreme non possono essere spiegate da sole perturbazioni gravitazionali dei pianeti del Sistema Solare; esse implicano un'origine al di fuori della sfera di influenza gravitazionale del Sole. Questa certezza matematica, derivante dall'analisi orbitale, eleva la traiettoria iperbolica a criterio primario per la conferma degli oggetti interstellari, distinguendola da altre caratteristiche fisiche che potrebbero essere soggette a interpretazione. Già in passato, le prime considerazioni teoriche sulle comete interstellari avevano postulato orbite ampiamente iperboliche, tenendo conto persino del moto proprio del Sole attorno al centro galattico.

La tabella seguente riassume le caratteristiche orbitali chiave dei tre oggetti interstellari finora scoperti, evidenziando come i loro valori di eccentricità superino in modo schiacciante la soglia di 1, fornendo la prova inconfutabile della loro origine extrasolare.

La prima visita di Oumuamua

La storia degli oggetti interstellari osservati nel nostro Sistema Solare ebbe inizio con la scoperta di 1I/'Oumuamua. Il 19 ottobre 2017, Robert J. Weryk, parte del team del telescopio Pan-STARRS 1 presso l'Osservatorio di Haleakalā, Hawaii, individuò un punto luminoso in movimento. Al momento della scoperta, l'oggetto si stava già allontanando dal Sole, avendo raggiunto il suo punto più vicino alla nostra stella il 9 settembre 2017. Successive analisi permisero di rintracciare immagini pre-scoperta risalenti al 14 e 17 ottobre 2017.

Il dubbio iniziale e la classificazione come asteroide

Inizialmente, 'Oumuamua apparve come un tipico asteroide in rapido movimento. Un elemento cruciale che influenzò la sua prima classificazione fu l'assenza di attività cometaria. Osservazioni approfondite condotte dall'European Southern Observatory (ESO) con il Very Large Telescope (VLT) e altri strumenti non rivelarono alcun segno di chioma o di coda. Questa mancanza di caratteristiche cometarie portò alla sua iniziale classificazione come asteroide interstellare, e gli fu assegnata la designazione formale 1I/2017 U1 ('Oumuamua), un nome hawaiano che significa "messaggero da lontano che arriva per primo". Questa classificazione iniziale, basata sui dati disponibili, dimostra come il processo scientifico sia adattivo e si basi sulle evidenze osservative.

Ulteriori osservazioni rivelarono caratteristiche fisiche altamente insolite: 'Oumuamua appariva scuro, rossastro e, soprattutto, estremamente allungato, con una lunghezza stimata fino a 400 metri e un rapporto lunghezza-larghezza di circa 10 a 1, una sorta di tavola da surf. La sua luminosità variava drasticamente di un fattore dieci mentre ruotava sul proprio asse ogni 7,3 ore, suggerendo una forma complessa e contorta, diversa da qualsiasi asteroide o cometa noto nel nostro Sistema Solare. Queste proprietà uniche alimentarono fin da subito speculazioni sulla sua natura, inclusa l'ipotesi di un'origine artificiale. 

La prova definitiva dell'origine extrasolare e l'enigma dell'accelerazione non gravitazionale

Nonostante le ambiguità nella sua classificazione fisica, calcoli precisi della sua traiettoria confermarono rapidamente la sua orbita iperbolica. L'eccentricità orbitale calcolata per 'Oumuamua fu di 1.198, un valore inequivocabilmente maggiore di 1, che dimostrò in modo definitivo che l'oggetto non era legato gravitazionalmente al Sole e che proveniva da al di fuori del nostro Sistema Solare. La sua direzione di ingresso era coerente con l'apice solare, la direzione da cui è più probabile che arrivino oggetti dallo spazio interstellare.

Man mano che 'Oumuamua si allontanava dal Sole, misurazioni più precise, effettuate anche con il VLT dell'ESO e il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA, rilevarono una leggera ma continua accelerazione che non poteva essere spiegata dalla sola gravità del Sole. Questa "accelerazione non gravitazionale" (NGA) è una caratteristica distintiva delle comete, tipicamente causata dalla forza di rinculo dovuta alla sublimazione del ghiaccio quando vengono riscaldate dal Sole. 

Il rilevamento di NGA, nonostante la persistente assenza di una chioma visibile, portò alla riclassificazione di 'Oumuamua da asteroide a oggetto di tipo cometario. Questa evoluzione nella classificazione di 'Oumuamua, da "asteroide" a "oggetto di tipo cometario" (nonostante l'assenza di una chioma visibile), illustra in modo esemplare la natura iterativa e auto-correttiva dell'indagine scientifica. Le classificazioni iniziali sono ipotesi provvisorie, soggette a perfezionamento man mano che diventano disponibili dati nuovi e più precisi. 

L'enigma dell'NGA senza degassamento visibile spinse gli scienziati a formulare diverse ipotesi: una teoria prominente suggeriva che 'Oumuamua stesse degassando ghiacci esotici, come idrogeno solido (H2) o azoto solido (N2), che non produrrebbero una chioma di polvere visibile. Un'altra ipotesi proponeva che 'Oumuamua potesse essere un oggetto estremamente sottile e simile a un disco, spinto dalla pressione della radiazione solare. Questa combinazione enigmatica di NGA e assenza di chioma visibile ha costretto gli astronomi a mettere in discussione le ipotesi convenzionali sull'attività cometaria e sulla composizione dei materiali volatili, portando allo sviluppo di nuove ipotesi. Quando un fenomeno osservato contraddice il comportamento atteso, ciò indica una lacuna nella comprensione attuale, spingendo la ricerca a esplorare nuove composizioni chimiche o strutture fisiche per spiegare le osservazioni. Sebbene la sua precisa caratterizzazione rimanga oggetto di dibattito scientifico, entro luglio 2019, il consenso scientifico generale concluse che 'Oumuamua fosse un oggetto naturale. 

2I/Borisov – la prima cometa interstellare inequivocabile

La seconda scoperta di un oggetto interstellare, 2I/Borisov, ha fornito un esempio più "da manuale" di cometa interstellare, risolvendo alcune delle ambiguità lasciate da 'Oumuamua. 2I/Borisov è stata scoperta il 30 agosto 2019 dall'astronomo amatoriale Gennady Borisov, segnando il secondo oggetto interstellare confermato a transitare nel nostro Sistema Solare. 

Immediata conferma della natura cometaria e la prova inequivocabile dell'origine extrasolare

A differenza di 'Oumuamua, Borisov mostrò chiari segni di attività cometaria fin dall'inizio. Le immagini iniziali e le successive osservazioni rivelarono la distinta presenza di una chioma cometaria e di una coda. Questa natura attiva la distinse immediatamente come una cometa "classica", sebbene proveniente dallo spazio interstellare. 

I calcoli orbitali confermarono rapidamente la sua traiettoria fortemente iperbolica. La sua eccentricità orbitale calcolata fu eccezionalmente alta, pari a 3.358. Questo valore era, all'epoca, l'eccentricità più alta mai misurata per qualsiasi oggetto che attraversava il Sistema Solare, fornendo una certezza assoluta e inequivocabile della sua origine interstellare. Borisov viaggiava a circa 32,3 km/s rispetto al Sole, una velocità di gran lunga superiore alla velocità di fuga del nostro Sistema Solare. 

2I/Borisov ha rappresentato il primo caso inequivocabile di una cometa interstellare che si è comportata in modo coerente con la nostra comprensione delle comete. La sua chiara attività cometaria, unita alla sua estrema orbita iperbolica, ha convalidato l'aspettativa che tali oggetti potessero assomigliare alle comete originate dalla nostra Nube di Oort, fornendo un punto di riferimento cruciale per la comunità astronomica.

Osservazioni Dettagliate e Approfondimenti Composizionali

Un vantaggio significativo nello studio di 2I/Borisov fu la sua rilevazione mentre era ancora in avvicinamento al Sole. Ciò consentì un periodo di osservazione esteso, a differenza di 'Oumuamua, che fu scoperto mentre si stava già allontanando. Le osservazioni condotte da strumenti come il telescopio spaziale Hubble (HST) e il Very Large Telescope (VLT) dell'ESO si protrassero da ottobre 2019 a luglio 2020. 

Le osservazioni dell'HST fornirono viste ad alta risoluzione, consentendo una migliore separazione del nucleo dalla chioma e rivelando strutture a getto all'interno della chioma, che indicavano un periodo di rotazione del nucleo di 4,3 ore. L'analisi spettroscopica fornì dettagliate informazioni sulla sua composizione chimica, rilevando vari gas tra cui cianuro (CN), carbonio diatomico (C2), ammina (NH2), ossigeno atomico e idrossile (OH), confermando il degassamento di acqua. Il rilevamento del cianuro segnò la prima volta che furono osservate emissioni di gas da un oggetto interstellare. 

L'elevato rapporto tra monossido di carbonio (CO) e acqua (~1) in Borisov suggerì che il suo nucleo si fosse formato a temperature molto basse (≤30 K) e avesse sperimentato temperature medie ancora più basse (10 K o meno) nello spazio interstellare. Le osservazioni polarimetriche effettuate con il VLT dell'ESO rivelarono un grado insolitamente elevato di polarizzazione lineare nella polvere all'interno della sua chioma. Questa caratteristica distintiva, raramente osservata nelle comete del Sistema Solare (con la notevole eccezione della cometa Hale-Bopp), suggerì che Borisov non avesse mai sperimentato passaggi ravvicinati a una stella prima di entrare nel nostro sistema, rendendola potenzialmente la "cometa più intatta mai osservata". 

La prova che Borisov sia un oggetto "intatto" o "primordiale", unita alla sua dettagliata impronta chimica (ad esempio, l'elevato rapporto CO/acqua), offre un'opportunità senza precedenti per studiare le condizioni chimiche primordiali e i processi di formazione dei planetesimi in un disco protoplanetario distante. Se Borisov è rimasto in gran parte intatto dal riscaldamento stellare prima del suo incontro con il nostro Sole, la sua composizione è un fossile chimico diretto del suo ambiente di nascita. Ciò permette agli astronomi di confrontare direttamente la composizione chimica dei "mattoni" di un altro sistema stellare con quelli del nostro Sistema Solare, fornendo dati inestimabili per i modelli di formazione planetaria e di evoluzione chimica nella galassia. Questo può essere paragonato a una "missione di ritorno campioni gratuita", fornendo dati chimici diretti da al di fuori del nostro Sistema Solare.

3I/ATLAS – il terzo messaggero e le nuove frontiere

Il terzo oggetto interstellare confermato, 3I/ATLAS (ufficialmente C/2025 N1 (ATLAS)), è stato scoperto il 1° luglio 2025 dal telescopio ATLAS (Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System) situato a Río Hurtado, in Cile. 

Rapida conferma e classificazione

La traiettoria insolita della cometa sollevò immediatamente sospetti circa la sua origine interstellare, che fu rapidamente confermata dagli astronomi di tutto il mondo. Una rapida campagna di follow-up, inclusa la "precovery" (l'identificazione di osservazioni precedenti risalenti al 14 giugno) sia dai telescopi ATLAS che dallo Zwicky Transient Facility, consolidò la sua orbita iperbolica e confermò la sua natura cometaria, inclusa una debole chioma e una coda corta. Il Minor Planet Center annunciò ufficialmente la sua designazione come 3I/ATLAS il 2 luglio 2025. 

La velocità con cui 3I/ATLAS è stato identificato e la sua natura interstellare confermata (nel giro di pochi giorni) evidenzia un significativo progresso nelle capacità della comunità astronomica. L'efficienza dei sistemi di rilevamento automatizzati, come ATLAS, e la risposta coordinata a livello globale dimostrano una maggiore agilità e prontezza rispetto alla scoperta di 'Oumuamua. Questa maggiore efficienza è cruciale per massimizzare il ritorno scientifico da questi eventi fugaci.

Caratteristiche orbitali e fisiche

L'orbita di 3I/ATLAS è fortemente iperbolica, con un'eccentricità stimata di circa 5.8 e un'inclinazione retrograda di 175°. Questo la rende l'"oggetto interstellare più veloce osservato finora", viaggiando a velocità di circa 57-68 km/s rispetto al Sole. Questi parametri orbitali estremi dimostrano inequivocabilmente la sua origine extrasolare, poiché non possono essere generati da interazioni gravitazionali all'interno del nostro Sistema Solare. 

Si è mostrato come una cometa attiva, evidenziando una debole chioma e una coda corta di 3 arcosecondi, confermando il degassamento in corso. Le stime iniziali della sua magnitudine assoluta (H ≈ 14.8) suggerivano un oggetto di tipo asteroide di circa 20 km. Tuttavia, una volta considerato il contributo della chioma, il nucleo stesso è probabilmente molto più piccolo, con una larghezza che potrebbe variare da poche centinaia di metri a circa 1 km.

Si prevede che la cometa raggiungerà una magnitudine visiva di picco tra 12 e 13 vicino al suo perielio il 29 ottobre 2025, quando si troverà a 1.34 UA dal Sole. Sebbene troppo debole per essere visibile a occhio nudo, dovrebbe essere osservabile con telescopi amatoriali di medie dimensioni. 3I/ATLAS non rappresenta alcuna minaccia per la Terra, con il suo avvicinamento più stretto che avverrà a una distanza sicura di 240 milioni di chilometri (oltre 1,5 volte la distanza Terra-Sole).

Opportunità osservative e prospettive scientifiche

La sua precoce rilevazione (a 4.4 UA dal Sole e mesi prima del suo perielio) offre un'opportunità senza precedenti e rara per uno studio dettagliato. Gli astronomi intendono utilizzare potenti strumenti come il James Webb Space Telescope (JWST), l'ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) e grandi telescopi terrestri per eseguire spettroscopia nel vicino infrarosso dei suoi ghiacci. Questo è cruciale perché permette lo studio della sua composizione volatile incontaminata prima che il riscaldamento solare alteri significativamente la sua superficie. 

La rilevazione precoce di 3I/ATLAS consente una pianificazione osservativa strategica, in particolare la capacità di eseguire spettroscopia sui suoi ghiacci primordiali prima che il riscaldamento solare li alteri. Questo approccio esemplifica una strategia sofisticata per estrarre il massimo valore scientifico da questi rari incontri. Gli oggetti interstellari sono osservabili solo per un tempo limitato mentre attraversano il nostro Sistema Solare, e rilevarli lontano dal Sole fornisce una finestra cruciale per studiare le loro composizioni volatili nel loro stato più "originale". 

L'Agenzia Spaziale Europea (ESA) sta preparando la sua missione Comet Interceptor, il cui lancio è previsto per il 2029. Questa sonda sarà posizionata in un'orbita di parcheggio, in attesa di un bersaglio adatto, idealmente un oggetto interstellare. Sebbene l'intercettazione di 3I/ATLAS sia improbabile a causa della sua traiettoria, questa missione rappresenta un approccio proattivo allo studio di tali visitatori fugaci. 

Le scoperte di 1I/'Oumuamua, 2I/Borisov e 3I/ATLAS hanno inaugurato un campo di studio completamente nuovo in astrofisica, fornendo dati diretti su oggetti formati al di fuori del nostro Sistema Solare. L'analisi comparativa di questi tre visitatori rivela sia somiglianze fondamentali che sorprendenti diversità, con profonde implicazioni per la nostra comprensione della formazione planetaria e della dinamica galattica.

Confronto e contrasto tra i tre oggetti

La caratteristica unificante per 1I/'Oumuamua, 2I/Borisov e 3I/ATLAS è la loro traiettoria iperbolica definitiva (eccentricità > 1), che ne dimostra inequivocabilmente l'origine extrasolare. Tuttavia, le loro manifestazioni fisiche differiscono significativamente. 'Oumuamua fu inizialmente classificato come asteroide per la mancanza di chioma visibile, ma in seguito mostrò un'accelerazione non gravitazionale. 2I/Borisov fu chiaramente una cometa con una chioma e una coda prominenti fin dall'inizio. 3I/ATLAS è anch'essa una cometa, sebbene con attività più debole. Questa diversità osservata, anche in un piccolo campione di tre, suggerisce un'ampia gamma di proprietà fisiche tra gli oggetti interstellari.

I valori di eccentricità dimostrano uno spettro di traiettorie interstellari:

• 'Oumuamua: e = 1.198;
• Borisov: e = 3.358;
• 3I/ATLAS: e = ~5.8, con quest'ultimo che è l'oggetto interstellare più veloce osservato finora.

Ciascun oggetto ha presentato sfide e opportunità osservative uniche. La rapida partenza di 'Oumuamua ha limitato il tempo di osservazione, mentre la rilevazione di Borisov in avvicinamento ha consentito uno studio prolungato. La precoce rilevazione di 3I/ATLAS offre opportunità senza precedenti per un'analisi composizionale "primordiale", nonostante la sua debolezza e il campo stellare affollato.

Borisov e 3I/ATLAS offrono approfondimenti chimici diretti sulla composizione di altri dischi protoplanetari. L'elevato rapporto carbonio-monossido/acqua di Borisov, ad esempio, suggerisce una formazione a temperature estremamente basse, fornendo un'istantanea delle condizioni primordiali al di fuori del nostro sistema. 

Implicazioni e prospettive future

La scoperta di questi oggetti ha permesso di stimare la popolazione di interlopers, suggerendo che un gran numero di corpi simili a 'Oumuamua (circa 10⁴) possa trovarsi nella regione planetaria in un dato momento, con un flusso di circa 10³ all'anno. Ciò implica una vasta popolazione galattica di questi oggetti, con una massa combinata significativa.

Per quanto riguarda le loro origini, i modelli suggeriscono che la loro provenienza sia probabilmente legata a processi di espulsione da dischi protoplanetari durante la formazione di sistemi planetari, o da stelle che evolvono oltre la sequenza principale, perdendo massa e destabilizzando le orbite planetarie. Anche la frammentazione per forze mareali di corpi che passano troppo vicino a una stella o a un pianeta può contribuire alla loro produzione.

Questi oggetti interstellari non sono solo curiosità astronomiche; la loro esistenza ha implicazioni più ampie. La presenza di oggetti interstellari sub-chilometrici implica l'esistenza di meteore interstellari, anche se le prove inequivocabili sono ancora scarse. Inoltre, l'esistenza di corpi interstellari molto più grandi, forse persino pianeti, è un'area di ricerca attiva, con pianeti liberi già osservati tramite microlensing gravitazionale. Questi visitatori cosmici ci ricordano che siamo parte di una galassia vasta e dinamica, e che a volte, l'Universo viene a noi.

Il futuro della ricerca sugli oggetti interstellari è promettente. Una migliore comprensione dipenderà dall'identificazione di nuovi esempi. L'Osservatorio Vera Rubin (VRO), con la sua capacità di sondare il cielo a lunghezze d'onda ottiche, dovrebbe svolgere un ruolo importante, con tassi di scoperta plausibili di circa 10±1 oggetti all'anno. La missione Near Earth Object Surveyor della NASA, utilizzando la radiazione infrarossa termica, completerà i dati del VRO determinando le dimensioni e la sezione trasversale di questi piccoli corpi. 

Ogni nuovo oggetto sarà oggetto di intense osservazioni per rispondere al motivo per cui 1I/'Oumuamua e 2I/Borisov sono così diversi, o se 3I/ATLAS rivelerà nuove categorie. Le nuove osservazioni aiuteranno a valutare la distribuzione di magnitudine e dimensione degli interlopers, e le statistiche degli elementi orbitali limiteranno le loro fonti. Sebbene inviare una sonda spaziale a un interloper interstellare sia estremamente difficile a causa della scoperta tardiva e delle alte velocità di incontro, la missione Comet Interceptor dell'ESA, con lancio previsto nel 2029, funge da modello per future missioni di rendezvous, anche se è improbabile che raggiunga un interloper stesso. Le domande irrisolte, come la composizione esatta di 'Oumuamua o la distribuzione della popolazione di questi oggetti, continueranno a guidare la ricerca futura.