Le comete sono comunemente considerate i residui dell’originario disco proto-solare da cui ha avuto origine il nostro Sistema Solare. Gran parte della loro orbita si estende infatti nelle regioni più fredde del sistema planetario, e quindi i nuclei cometari contengono, verosimilmente, i materiali (solidi e ghiacci) meno processati e più primordiali. Comprendere le loro proprietà fisiche, in particolare la loro composizione, è cruciale per ottenere informazioni sui processi che hanno portato alla formazione e all’evoluzione dell’intero sistema planetario.

Diverse famiglie di comete orbitano nel Sistema Solare: ad esempio, le comete nuove, che si muovono su orbite per lo più aperte, sono visitatori occasionali e tipicamente molto spettacolari e luminosi (si vedano le recenti apparizioni delle comete C/1996 B2 (Hyakutake) e C/1995 O1 (Hale-Bopp)). L’origine di queste comete è ipotizzata nella nube di Oort, un alone di corpi per lo più primigeni, residuo della formazione del Sistema Solare, situato agli estremi dello stesso, ad una distanza di 104 -105 AU. Vi sono poi le comete periodiche, che hanno un periodo orbitale sufficientemente piccolo da consentire osservazioni ripetute per seguirne l’evoluzione. La più famosa tra queste è la cometa 1P/Halley, bersaglio di una flotta di sonde spaziali nel 1986 (anno del suo ultimo passaggio al perielio) e prima di una serie di obiettivi di numerose missioni spaziali realizzate o future (ad esempio, Deep Impact, STARDUST, Rosetta…). Le comete della famiglia Gioviana sono una sottofamiglia di comete a corto periodo, con afelio entro l’orbita di Giove, con orbite poco eccentriche e poco inclinate rispetto al piano dell’eclittica. Esse costituiscono un soggetto di alto interesse astronomico perché possono essere osservate per gran parte della loro orbita con telescopi di media apertura, e conseguentemente l’innesco della loro attività (lo svilupparsi della chioma e delle code) può essere studiato in dettaglio. L’origine delle comete periodiche è ormai riconosciuta nella fascia di Kuiper, un disco di corpi minori posto al di là dell’orbita di Nettuno da cui, per perturbazioni gravitazionali, periodicamente un nucleo viene iniettato all’interno del nostro sistema. Verosimilmente, i più piccoli tra quelli che vengono definiti Trans Neptunian Objects (TNOs) (di cui, recentemente, l’ormai ex pianeta Plutone è stato indicato come il principale e più grande rappresentante) possono evolvere in orbite più interne, in una famiglia di corpi denominati Centauri, dinamicamente instabili (vita media dell’ordine di 107 anni), che a loro volta possono manifestare in alcuni casi attività cometaria. I corpi che sopravvivono in questa zona altamente instabile del nostro Sistema Solare, tra Giove e Nettuno, possono quindi evolvere in comete propriamente dette, che si muovono all’interno dell’orbita di Giove. Tutte queste famiglie di corpi minori sono quindi legate dal punto di vista evolutivo, e comprendere i meccanismi di formazione ed evoluzione dei vari sottogruppi fornisce importanti informazioni sulle origini e sui processi di evoluzione dell’intero Sistema Solare.
Il progetto si pone l’obiettivo di studiare in un particolare contesto, attualmente poco studiato, l’attività di tipo cometario dei corpi minori del Sistema Solare: ossia l’attività che si sviluppa a grandi distanze eliocentriche rh. L’importanza dell’attività di tipo cometario a r_h > 3 AU è importante per molte ragioni:

• a distanze eliocentriche grandi il tasso di produzione dell’acqua è basso e così la sublimazione di altri componenti volatili, come ad esempio CO e CO2, può determinare la presenza di una chioma. La distribuzione dei vari volatili all’interno del nucleo della cometa è diversificata e quindi l’ambiente di polvere determinato, ad esempio, dalla sublimazione della CO può essere notevolmente diverso da quello originato dall’acqua vicino al Sole. Conseguentemente, studiare l’attività cometaria lontana è un utile mezzo per ottenere diverse informazioni sulla composizione del nucleo e sul suo livello di differenziazione. L’ambiente di polvere cometario lontano dal sole è un argomento di primaria importanza, considerando che la sonda ESA Rosetta avvicinerà la cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko quando questa sarà a 3.6 AU.
• un’attività prolungata lungo l’orbita determina un continuo resurfacing del nucleo e quindi un’alterazione delle proprietà superficiali, che risulta in una diversificazione degli elementi di una famiglia. Ciò potrebbe contribuire a spiegare il problema ancora aperto l’eterogeneità che si osserva tra corpi dalla storia dinamica simile.
• l’attività prolungata lungo l’orbita porta a dover riconsiderare il tasso totale di perdita di massa per questi corpi mediamente attivi, e questo ha importanti conseguenze sia sulla popolazione cometaria nel suo insieme (con le conseguenti considerazioni sul legame dinamico tra le varie sottoclassi), sia sul rifornimento dell’ambiente di polvere interplanetaria, anche in relazione alla presenza di trail (scie di grani di polvere grossi, fino a qualche cm di diametro) che precedono e seguono il nucleo lungo la sua orbita e che sono considerate comuni alla maggior parte delle comete a corto periodo.

Ricerca

Numerose campagne osservative verso comete a grandi distanze dal Sole sono state effettuate negli anni recenti allo scopo di caratterizzare il nucleo nudo delle stesse, ipotizzando che lontano dal sole l’attività di sublimazione fosse bassa e né chioma né coda fossero presenti. Allo scopo invece di caratterizzare l’attività lontana, che si è rivelata essere molto più comune di quanto previsto tra le comete periodiche, il gruppo del LFCP ha dato inizio ad un progetto di largo respiro per l’osservazione e la caratterizzazione di un gran numero di bersagli, tramite diversi proposal osservativi da realizzarsi tramite diversi telescopi italiani e stranieri, sia da terra (TNG, CAHA, IRAM) sia dallo spazio (AKARI). Quest’ultima opzione dà infatti la possibilità di studiare i nuclei cometari in regioni spettrali altrimenti inaccessibili da terra (IR).

Tanto le immagini da terra quanto quelle dallo spazio possono essere anche utilizzate come input in modelli numerici per la determinazione di importanti parametri come la distribuzione dimensionale dei grani di polvere e il tasso di perdita di massa della polvere. A questo scopo, è attiva la collaborazione con il dott. Marco Fulle dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Trieste, per l’utilizzo delle immagini come input in un modello numerico che costruisce una coda di polvere teorica, caratterizzata da alcuni parametri non lineari determinati con una procedura di prove ed errori che sono: la dipendenza dalla dimensione della velocità di espulsione dei grani; la dipendenza della stessa dal tempo; il grado di anisotropia dell’emissione. Il fit delle isofote della coda teorica con quelle della coda osservata permette di ricavare importanti conclusioni sull’ambiente di polvere della cometa in esame, analizzando l’evoluzione temporale dello stesso. Questo lavoro si basa anche sulla collaborazione con alcuni istituti dell’INAF quali l’Osservatorio Astronomico di Padova, l’Osservatorio Astronomico di Trieste e l’Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica di Roma.

Nell’ambito del progetto, un oggetto peculiare come il Centauro attivo P/2004 A1 (LONEOS) è stato osservato per la prima volta con alto SNR dal telescopio TNG, e le immagini usate come input per il modello teorico della chioma e della coda: i risultati dello studio su questo Centauro portano a derivare il più alto tasso di produzione di CO mai osservato nella classe dei Centauri (1030 mol/s), il che pone severi vincoli sui modelli di formazione dei nuclei di questi corpi minori. Questo ha importanza soprattutto perché i Centauri sono considerati oggetti in transizione, dalla fascia di Kuiper (considerata il principale serbatoio di comete a corto periodo del Sistema Solare) alla classe delle comete che orbitano nelle regioni più interne del nostro sistema. Finora circa 80 oggetti sono stati individuati come appartenenti alla classe dei Centauri, ma solo in meno di 10 è stata osservata attività di tipo cometario, e tra questi solo per 166P/NEAT (inizialmente classificato come C/2001 T4 NEAT), oltre che per P/2004 A1, è stata fatta un’analisi approfondita dell’ambiente di polvere.
Durante 3 campagne osservative svoltesi a partire dal dicembre 2004 (presso i telescopi TNG e CAHA) sono state ottenute immagini nel filtro a banda larga R di 17 comete periodiche, 2 comete nuove ed un Centauro attivo. L’analisi di questi dati è tuttora in corso: parte di essi sono stati analizzati e i risultati sono stati raccolti in un articolo appena sottomesso a MNRAS. La conclusione principale di questa prima parte del lavoro è che, contrariamente a quanto ipotizzato precedentemente, non si può invocare una correlazione tra un’attività distante di un corpo cometario e aumento della temperatura indotto da una variazione dinamica con conseguente diminuizione della distanza eliocentrica. E’ però necessaria un’analisi statistica più approfondita, su un campione di oggetti più rappresentativo, per trarre conclusioni più robuste sul legame tra attività e evoluzione dinamica delle comete.