Il nostro contributo allo studio della cometa Hyakutake
Il G.A.T., Gruppo Astronomico Tradatese, fa attualmente parte di un CONSORZIO tra i
principali Istituti di ricerca professionali italiani, nato ai tempi dell'impatto della
cometa Shoemaker-Levy con Giove.
In questo ambito il G.A.T. ha condotto studi di grande rilievo sulla cometa HYAKUTAKE (il
22
Marzo e' stato colto il PRIMO indizio della famosa esplosione del nucleo) ed ha gia' iniziato
la campagna per la grande cometa HALE-BOPP, attesa per i prossimi mesi.
Prima della pubblicazione su riviste specializzate, i risultati scientifici preliminari delle
ricerche degli Astronomi tradatesi, vengono normalmente presentate su un bollettino interno
denominato LETTERA AI SOCI.
Questa pubblicazione, che esce regolarmente
da oltre 15 anni, e' ormai arrivata al N.68.
L'estratto che segue, e' una sintesi di quanto pubblicato sulla cometa Hyakutake proprio
nella Lettera N.68 e costituisce una introduzione ottimale alla grande serata programmata per
il 22 Giugno
1) IL NUCLEO DELLA HYAKUTAKE.
E' tuttora molto incerto se la Hyakutake sia una cometa grossa (diciamo della taglia di 10-15
Km come la Halley) con attivita' normale, oppure una cometa piccola (2-3 Km) con attivita'
eccezionale.
Molte indicazioni, sembrano proprio propendere per questa seconda ipotesi.
Vediamo le principali.
In primo luogo c'e' il riuscito tentativo di RIFLESSIONE RADAR, realizzato con la grande
antenna da 70 metri di Goldstone, in California, da Steve Ostro (JPL di Pasadena), il
maggior esperto a livello mondiale in questo campo.
Nei giorni 24,25,26 e 27 Marzo sono stati sparati contro la cometa radionde di 3,5 cm con
potenza di 480 Kilowatt, raccogliendone, dopo oltre 100 secondi, il segnale riflesso.
Gli echi radio sono concordi nel testimoniare la presenza di un nucleo solido non piu' grande
di 3 Km, circondato da una chioma di particelle che arrivano alla dimensione massima di 1
cm e che si allontanano dalla zona nucleare ad una velocita' di almeno 10 metri\sec. (Fig. 1)
Con la stessa tecnica S. Ostro sta attualmente testando l'asteroide 2063 Bacchus ed aveva
ottenuto, negli anni scorsi, sensazionali immagini degli asteroidi Castalia (1989), Toutatis
(1992) e Geographos (1995).
Una seconda evidenza delle ridotte dimensioni del nucleo della Hyakutake provengono dalla
immagini realizzate dallo Space Telescope alle 13,30 T.U. del 25 Marzo.
In quel momento la cometa si trovava alla distanza di 14,9 milioni di Km e la Wide Field
Planetary Camera 2 (che ha ripreso, nel rosso, un campo di 3340 Km di lato centrato sul
nucleo) aveva la risoluzione teorica di 7,5 Km.
Un nucleo, quindi, di dimensioni maggiori di queste avrebbe potuto essere agevolmente
risolto.
In effetti HST, pur avendo fornito le migliori immagini di tre dei frammenti che si erano
staccati dalla regione antisolare della cometa il 21 Marzo, NON ne ha per nulla risolto il
nucleo: se ne deve concludere che il nucleo della Hyakutake e' decisamente inferiore ai 7
Km,
quindi che si tratta di un oggetto intrinsecamente piccolo (su scala cometaria). (Fig. 2)
Un altro parametro molto importante e' il PERIODO DI ROTAZIONE del nucleo.
Le stime sono state rese possibili dalla scoperta, nella regione nucleare, di grandi getti
con posizioni continuamente variabili nel tempo.
Le misure principali sono state fatte realizzate al telescopio NTT dell'ESO e al riflettore
da 105 cm di Pic du Midi.
Gia' il 9 Marzo a Pic du Midi si ottennero immagini in cui erano visibili almeno due getti
rotanti in senso orario con un periodo piu' probabile di 6,6 h.
Dalle stesse immagini apparve chiaro che la cometa presentava alla Terra il suo emisfero Sud.
Il 19 Marzo questi primi indizi vennero confermati a Pic du Midi, dalla fortunata
possibilita' di 6 ore continue di osservazione, dalle 23h24m alle 4h55m.
In questo periodo il team francese diretto da L.Jorda e J.Lecacheux e' riuscito ad ottenere
6 immagini nel rosso, ciascuna con una posa di 5 minuti, guidando direttamente sul nucleo: in
ogni immagine comparivano almeno due getti che sembravano ruotare con periodo prossimo a 6,1
h.
(Fig. 3)
Una ulteriore conferma e' venuta da una serie di misurazioni spettroscopiche effettuate per 5
notti, dal 23 al 30 Marzo, dal team di D.Schleicher presso il Lowell Observatory:
l'intensita' di varie righe di emissione (tra cui, principalmente, quella dei radicali OH e
CN) ha mostrato oscillazioni sempre superiori alle 5 h, con periodi piu' probabili compresi
tra 6,25 e 8,55 h.
Si conferma, dunque, una rotazione decisamente molto veloce, se paragonata ai 2 giorni circa
della Halley.
Cosa voglia significare questo dato non e' chiaro: l'impressione e' che, comunque, ci possa
essere un collegamento con le ridotte dimensioni del nucleo, con la sua evoluzione passata e
con la sua eccezionale attivita'.
2) L'ATTIVITA' DEL NUCLEO.
Tutte le testimonianze (di chi ha potuto osservare in condizioni ottimali) concordano
nell'attribuire alla Hyakutake, nel momento della minima distanza dalla Terra (0,01018 U.A.
il 25,3 Marzo), una coda azzurra (quindi fondamentalmente gassosa) estesa circa 60°! (Fig. 4)
Ci sembra che questa straordinaria attivita' si possa
riscontrare, quantitativamente, in almeno tre caratteristiche: I GETTI, I FRAMMENTI, I
DATI SPETTROSCOPICI.
Dei GETTI abbiamo avuto esperienza diretta, in quanto era proprio questo l'obiettivo del
nostro programma osservativo (deciso a Roma il 29 Febbraio, nell'ambito dello stesso
Consorzio
nazionale che tanto bene aveva funzionato ai tempi dell'impatto SL9 con Giove).
In breve ricordiamo che, al riflettore da 33,5 cm (f\4,8) dell'Osservatorio di Sozzago,
abbiamo ripreso immagini CCD della zona nucleare della cometa con un filtro infrarosso
trasparente tra 0,85 e 3 microns.
In questo modo veniva tagliato il gas e veniva evidenziata solo la polvere.
A partire dalla notte del 20 Marzo e' apparso subito chiaro che TUTTA la regione cometaria
affacciata al Sole si e' andata progressivamente ricoprendo di getti inizialmente lineari (in
direzione solare) e poi incurvati dal vento solare nella direzione della coda, a mo' di
gigantesche 'FONTANE' (Fig. 5)
Una cosa fantastica e praticamente sconosciuta su altre comete.
Col tempo il materiale eiettato tendeva a produrre degli ALONI (o 'Shell') che si
espandevano in
direzione solare ad una velocita' di circa 250 m\sec. (Fig. 6)
Abbiamo contato, in alcune delle nostre immagini, fino a 6 aloni concentrici contemporanei!
In piu' alcuni di questi aloni sono apparsi DISCONTINUI, in quanto alimentati da getti a loro
volta discontinui !La presenza di getti cosi' numerosi ed intercambiabili sembra indicare
un'attivita' che coinvolgeva TUTTA la superficie nucleare illuminata dal Sole.
Come si ricordera', invece, nel caso della Halley, la superficie attiva era a mala pena
il 10% del totale.
La ragione di questa differenza potrebbe risiedere in una morfologia superficiale
completamente diversa tra le due comete: in parole povere, potrebbe darsi che la Hyakutake
sia molto meno protetta da quella crosta scura di materiale catramoso che ha reso tanto
famosa la Halley.
A questa stessa conclusione ci sembra si possa arrivare anche da un attento esame di alcuni
DATI SPETTROSCOPICI.
La vicinanza della Hyakutake ha permesso di rivelare nelle sue emissioni (dal radio all'UV)
un numero enorme di molecole.
Alcune, come OH, CN, CO sono assolutamente abbondanti e tradizionali. (Fig. 7)
Altre, come HCHO (formaldeide), CH3OH (metanolo), NH3 (ammoniaca), S2 (Zolfo biatomico) sono
molto piu' rare ma assai importanti dal punto di vista della chimica cometaria.
Altre, come C2H6 (etano), C2H2 (etilene), HNC (acido isocianico), HDO (acqua deuterata)
sono completamente nuove.
E inoltre gia' possibile fare delle stime preliminari delle abbondanze relative (ossia dei
rapporti quantitativi reciproci) tra alcune di queste molecole.
Cosi', tra il 23 e il 24 Marzo'96, al telescopio Submillimetrico del Caltech si e' misurato
un rapporto D\H (dalle molecole HDO\H2O) dimezzato rispetto a quello della Halley e molto
simile a quello dell'acqua terrestre.
Ancora: tra il 15 e il 16 Marzo'96, al radiotelescopio J.C.M.T delle Hawaii il rapporto
HNC\HCN=0,07 tra acido isocianico (estremamente instabile) e acido cianidrico e'
risultato
piuttosto alto rispetto ai valori interstellari (compresi tra 0,004 ed 1).
Entrambi questi rapporti si possono interpretare ammettendo che la Hyakutake sia una cometa
molto piu' GIOVANE della Halley.
C'e', poi, il rapporto, misurato all'Osservatorio Lowell tra la produzione di OH (ovvero
di acqua) e di CN (cianogeno): l'emissione di acqua e' molto simile a quella della Halley, ma
di CN la Hyakutake ne emette solo 1\3.
Questo dato ci sembra ancora una volta molto importante: la grande produzione di H2O su
una cometa cosi' piccola indica infatti che gran parte della superficie deve essere attiva,
perche' il basso tenore di CN indica una ridotta crosta organica superficiale (fonte di CN).
Ma come puo' una cometa essere nel contempo PICCOLA, MOLTO ATTIVA (ovvero con poca crosta)
e GIOVANE ? La risposta che ci sentiamo di dare (e su cui lavoreremo nei prossimi mesi) e'
la seguente: HYAKUTAKE PUO' ESSERE UN FRAMMENTO DI UNA COMETA MOLTO PIU' GRANDE CHE SI
SPEZZO' IN UN PRECEDENTE PASSAGGIO AL PERIELIO (ricordiamo che il periodo stimato e' tra
15.000 e 20.000 anni).
E che Hyakutake sia una cometa decisamente 'friabile' e' dimostrato dalla spettacolare serie
di FRAMMENTI che si sono staccati a piu' riprese dal nucleo.
Il primo annuncio che qualcosa di strano stava succedendo e' venuto da Pic du Midi, quando
J.Lecacheux noto', in alcune immagini riprese al riflettore da 105 cm nella notte tra il 23
e il 24 Marzo due condensazioni che si allontanavano lentamente dal nucleo. (Fig. 8)
Anche per noi, che la stessa notte lavoravamo all'Osservatorio di Sozzago, ci sono stati
momenti di grande emozione: l'elaborazione di alcune delle nostre immagini ci ha infatti
permesso di riscontrare, tra il 21 e il 22 Marzo, la stessa fenomenologia esplosiva ! (Fig. 9)
Questo risultato appare addirittura eclatante in un montaggio di un mese di immagini: (Fig. 10)
si tratta, in questo caso, di un lavoro di assoluto valore
scientifico, che stiamo pubblicando su varie riviste specializzate e che presenteremo in
anteprima al grande Congresso BIOASTRONOMY '96, che si terra
' a Capri nella prima settimana di Luglio.
Un'ulteriore immagine, ottenuta nella notte del 25 Marzo, confermo' la presenza di un
frammento di m=11, in fase di allontanamento a 12 m\sec.
Andando a ritroso, si e' potuto collocare nella notte del 21 Marzo il momento della
frammentazione del nucleo.
3) RAGGI X DALLA COMETA !
E ben noto che i raggi X vengono emessi dagli oggetti piu' caldi del Cosmo.
Quindi, che le comete potessero enmettere raggi X lo pensavano davvero in pochi.
Tra questi J. Mumma del GSFC (Goddard Space Flight Center) e K. Dennerl del MPE (
Max-Plannck Institute for Extraterrestrial Physic di Garching, in Germania), cui e' affidata
la gestione di ROSAT, il satellite tedesco che da alcuni anni sta mappando tutto il cielo nei
raggi X.
La Hyakutake e' stata osservata da ROSAT tra il 26 e il 28 Marzo, sfruttandone la minima
distanza dalla Terra: dal momento che in quel periodo la cometa si spostava nel cielo di
circa 1° all'ora e che si era deciso (data la prevedibile debolezza dei segnali) di
adottare tempi di posa medi di 30 minuti, uno dei problemi principali e' stato quello
del puntamento, risolto con complesse modifiche al relativo programma computerizzato del
satellite.
In un intervallo complessivo di 30 h sono state fatte 9 esposizioni da 2000 secondi ciascuna.
Quasi immediatamente ci
si e' accorti che dalla cometa venivano emessi raggi X: la provenienza, pero', non era dal
nucleo, bensi' da un alone semicircolare situato a 50.000 Km dal nucleo verso la direzione
del Sole. (Fig. 11)
Il Sole, dunque, sembrava in qualche modo, coinvolto nel fenomeno.
Molto interessante il fatto che l'emissione X non era stabile ma variava di continuo, da
un'osservazione all'altra, su una scala temporale di circa 3 ore.
Secondo un'interpretazione del tutto preliminare se la nube di vapor d'acqua che costituisce
la chioma interna della cometa fosse sufficientemente densa, potrebbe assorbire i raggi X di
origine solare e riemetterli con un processo noto come fluorescenza (per esempio i raggi X
solari potrebbero innalzare il livello energetico degli elettroni piu' interni dell'atomo di
Ossigeno dell' H2O: il ritorno di questi elettroni allo stato energetico normale sarebbe
accompagnato dall'emissione di raggi X in ogni direzione).
Risulta fondamentale, per un meccanismo di questo tipo, un' evaporazione molto intensa dei
granuli di ghiaccio a 30.000 Km dal nucleo: risulterebbe, cosi', automaticamente spiegata
anche la causale variabilita' dell'emissione X.
Logico, allora, che osservazioni spettroscopiche nella banda X dovrebbero fornire importanti
informazioni sulla composizione chimica della chioma: non essendo dotato ROSAT di apparati
spettroscopici, e' toccato al satellite giapponese ASCA espletare questo compito nei giorni
immediatamente successivi al perielio del 1 Maggio.
L'emissione di raggi X dalla chioma di una cometa sembrerebbe, a questo punto un fenomeno per
nulla peculiare: il fatto che sia stato scoperto solo sulla Hyakutake e' dovuto alla
prima, fortunata coincidenza di una cometa vicinissima e di un satellite per raggi X (ROSAT)
nel contempo perfettamente operante.
Intanto, si sta ormai approssimando HALE-BOPP, quella che potrebbe diventare la piu' grande
cometa del secondo millennio. Le prime immagini che con la stessa tecnica abbiamo
realizzato nei giorni scorsi appaiono gia sensazionali: presto le presenteremo su questo
sito.
(Fig. 2)
(Fig. 3)
(Fig. 4)
(Fig. 5)
(Fig. 6)
(Fig. 7)
(Fig. 8)
(Fig. 9)
(Fig. 10)
(Fig. 11)