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Un diario di cose celesti

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Makemake, il coniglio pasquale e la stellina

24 Nov 2012 10:01 AM – Michele Diodati

Scoperto nel 2005, Makemake è un pianeta nano della Fascia di Kuiper, situato a una distanza intermedia dal Sole rispetto al più vicino Plutone e al più lontano Eris. Sfruttando l'occultazione di una debole stella da parte di Makemake, un gruppo di ricercatori ha potuto determinare con buona approssimazione il diametro, la densità, l'albedo, la forma e le caratteristiche atmosferiche di questo poco conosciuto oggetto transnettuniano.

Una rappresentazione artistica della superficie del pianeta nano Makemake. Un debole Sole è visibile sullo sfondo. Cortesia: ESO / L. Calçada / Nick Risinger

Una rappresentazione artistica della superficie del pianeta nano Makemake. Un debole Sole è visibile sullo sfondo. Cortesia: ESO / L. Calçada / Nick Risinger

Coniglio pasquale

Mike Brown, professore di astronomia planetaria presso il prestigioso California Institute of Technology, ama definire se stesso "l'uomo che ha ucciso Plutone". Dopo, infatti, che il suo gruppo di ricerca ebbe scoperto a gennaio 2005 Eris, un corpo più massiccio e distante di Plutone, partì quel processo di revisione della definizione di pianeta che condusse alla decisione assunta dalla International Astronomical Union nell'agosto 2006 di retrocedere l'ex nono pianeta del sistema solare allo status di pianeta nano. Uno status condiviso appunto con Eris e con diversi altri corpi, scoperti nel corso degli ultimi anni nella Fascia di Kuiper e anche oltre, come il lontanissimo Sedna.

Per la verità, Mike Brown non si è limitato a Eris. A partire dal 2001, il suo team di ricerca ha messo a segno un incredibile filotto di nani ghiacciati, scovati nei recessi profondi del sistema solare. Sono finora ben sedici gli oggetti transnettuniani, o TNO, scoperti da Brown e dai suoi collaboratori. Uno di questi sedici fu osservato la prima volta il 31 marzo 2005 presso l'Osservatorio Palomar e la sua scoperta fu annunciata ufficialmente il 29 luglio 2005. Noto inizialmente con la sigla 2005 FY9, per tre anni fu chiamato amichevolmente "Coniglio pasquale" ("Easterbunny") dal suo scopritore e dalla sua cerchia, a causa del fatto che la data della prima osservazione era a ridosso della Pasqua.

Per ben tre anni Brown si lambiccò il cervello alla ricerca di un nome adeguato per il suo "Coniglio pasquale". Dopo aver già saccheggiato buona parte delle mitologie planetarie per le scoperte precedenti (Quaoar, Sedna, Eris, Orcus), trovare un nome anche per 2005 FY9 era impresa non facile. Il nuovo pianeta nano rischiò per qualche tempo di chiamarsi "Manabozho", nome di un dio coniglio burlone, sacro alla tribù degli Algonchini. Fortunatamente la parte "bozho" del nome non piacque a Brown, che scartò l'idea. Ma se non il coniglio, la Pasqua doveva però entrare in qualche modo nella denominazione di 2005 FY9. La scelta finale cadde così su Makemake, il nome del creatore dell'umanità e dio della fertilità in forma di uccello marino nella mitologia dell'isola polinesiana di Rapa Nui, più nota come Isola di Pasqua. La proposta fu inviata alla International Astronomical Union, che sei mesi dopo la ratificò. Da luglio 2008, dunque, il "Coniglio Pasquale", saltato fuori a marzo 2005 dal cilindro di Brown e dei suoi collaboratori Chad Trujillo e David Rabinowitz, si chiama ufficialmente Makemake o, più precisamente, (136472) Makemake.

Rappresentazione artistica di Makemake. Cortesia: IAU, M. Kornmesser (ESA/Hubble)

Rappresentazione artistica di Makemake. Cortesia: IAU, M. Kornmesser (ESA/Hubble)

Carta d'identità

Makemake è un cosiddetto cubewano o KBO classico, cioè un oggetto della fascia di Kuiper la cui orbita non è in risonanza con quella di Nettuno, come sono invece le orbite di Plutone e dei plutini in generale.

Percorre un'orbita moderatamente eccentrica (e = 0,159), ma molto inclinata rispetto al piano dell'eclittica, con la quale forma un angolo di poco meno di 29 gradi. Il periodo orbitale è di quasi 310 anni. Al perielio Makemake giunge fino a 38,5 unità astronomiche dal Sole, mentre all'afelio tocca la distanza massima di 53 unità astronomiche. Attualmente si trova a circa 52 unità astronomiche dal Sole e sta viaggiando verso l'afelio, che raggiungerà nel 2033. Il periodo di rotazione è di 7,7 ore. Le dimensioni sono circa 2/3 di quelle di Plutone.

L'albedo geometrica è pari a 0,77, mediamente maggiore di quella di Plutone. La magnitudine apparente, quando è all'opposizione, è 16,7, sicché appare, osservato dalla Terra, circa cinque volte meno luminoso di Plutone. Era tuttavia sufficientemente brillante da poter essere visto da Clyde Tombaugh, all'epoca in cui scoprì Plutone. Ma a cavallo del 1930 Makemake si trovava in un regione del cielo ricchissima di stelle, al confine tra le costellazioni del Toro e dell'Auriga: fu molto probabilmente questa la ragione per cui, nonostante gli sforzi, Tombaugh non riuscì a scorgere questo fratello minore di Plutone.

Osservazioni eseguite nell'infrarosso con i satelliti Spitzer e Herschel hanno rivelato che la composizione della superficie di Makemake è simile a quella di Plutone, ricoperta per lo più di ghiaccio di metano e di toline, questi ultimi composti probabilmente responsabili del colore rosso che domina lo spettro visibile. I due telescopi spaziali hanno inoltre rivelato che la superficie di Makemake non è omogenea: la maggior parte, coperta da ghiacci di metano e di azoto, ha un'albedo molto alta, tra 0,78 e 0,90; vi sono poi zone con una riflettività molto bassa, tra 0,02 e 0,12, che occupano tra il 3 e il 7 per cento della superficie totale del pianeta nano.

Immagine di Makemake acquisita dal telescopio spaziale Hubble il 20 novembre 2006. Cortesia: NASA

Immagine di Makemake acquisita dal telescopio spaziale Hubble il 20 novembre 2006. Cortesia: NASA

L'occultazione

Si chiama occultazione il passaggio di un corpo davanti a un altro corpo, che resta così temporaneamente nascosto alla vista. Questo fenomeno, apparentemente poco significativo, è in grado invece di fornire informazioni astronomiche essenziali sulla natura dell'oggetto in primo piano, che si ottengono analizzando l'intensità, la variazione e la durata dell'eclisse causata dal nascondimento del corpo occultato.

Fin dal 2010 era stato calcolato che Makemake avrebbe occultato una debole stella di diciottesima magnitudine, catalogata dall'Osservatorio della Marina statunitense come NOMAD 1181-0235723 (dove la sigla NOMAD sta per "Naval Observatory Merged Astrometric Dataset"). Attraverso progressivi raffinamenti delle misurazioni astrometriche, si ebbe la certezza che il 23 aprile 2011, approssimativamente all'1,30 UT, l'ombra dell'occultazione avrebbe attraversato il Sudamerica. Fu così organizzata una campagna di osservazione dell'occultazione, che coinvolse sedici telescopi sparsi tra Cile, Argentina, Uruguay e Brasile. Nove telescopi non riuscirono a osservare l'evento o per la copertura nuvolosa locale o per problemi tecnici. Sette invece vi riuscirono perfettamente, tra i quali il Very Large Telescope e il New Technology Telescope dell'ESO. I risultati delle osservazioni sono stati pubblicati il 22 novembre 2012 su Nature, in un articolo firmato come primo autore da José Luis Ortiz, un astronomo dell'Instituto de Astrofísica de Andalucía in Spagna, che è stato anche il coordinatore della campagna di osservazioni.

Il primo e più importante dato emerso dalle osservazioni coordinate è che Makemake manca di un'atmosfera globale, nonostante le sue dimensioni lasciassero presumere la presenza di condizioni atmosferiche simili a quelle riscontrate su Plutone. Ma l'ingresso e l'uscita immediati dall'occultazione, avvenuti senza alcuna gradualità, sono una prova lampante che il pianeta nano è privo di un involucro gassoso diffuso. Tuttavia, una sorta di flash registrato nel corso dell'occultazione potrebbe essere stato causato da un effetto di rifrazione della luce lungo il bordo dell'oggetto, dovuto alla presenza di una debole atmosfera locale, con pressioni nell'ordine di pochi nanobar. Ma questa possibilità non è provata e rimane in piedi l'ipotesi alternativa, cioè che il flash sia stato l'effetto di un raggio cosmico che casualmente è stato registrato nel luogo e al momento dell'occultazione. In ogni caso, le rilevazioni termiche e spettroscopiche della superficie di Makemake sono compatibili con la presenza di un'atmosfera locale.

Le curve di luce prodotte dai telescopi che hanno osservato l'occultazione di NOMAD 1181-0235723 da parte di Makemake. L'eclisse nella curva di luce del telescopio di Pico dos Dias è anticipata rispetto alle altre perché l'osservatorio si trova più a oriente degli altri e dunque ha intercettato in anticipo l'occultazione. Cortesia: J.L. Ortiz et al., Nature, vol. 491, 22 novembre 2012

Le curve di luce prodotte dai telescopi che hanno osservato l'occultazione di NOMAD 1181-0235723 da parte di Makemake. L'eclisse nella curva di luce del telescopio di Pico dos Dias è anticipata rispetto alle altre perché l'osservatorio si trova più a oriente degli altri e dunque ha intercettato in anticipo l'occultazione. Cortesia: J.L. Ortiz et al., Nature, vol. 491, 22 novembre 2012

Densità e albedo

La marcata prevalenza di metano ghiacciato sulla superficie del pianeta nano, associata a un'altrettanto marcata assenza di azoto molecolare, ha permesso di ricavare dei limiti teorici per la densità di Makemake. L'ipotesi dei ricercatori è che la mancanza di azoto molecolare sia dovuta al fatto che, trattandosi di un composto molto volatile, in condizioni di scarsa gravità quello che c'era si è disperso da lungo tempo nello spazio. Perché questa ipotesi sia sostenibile occorre, però, che la densità di Makemake, date le sue dimensioni, non superi 1,7 grammi per centimetro cubo: meno di un terzo, cioè, della densità media della Terra. Il medesimo ragionamento porta a stabilire anche un limite inferiore di densità, cioè 1,4 grammi per centimetro cubo. Questo limite si ricava dalla diffusa presenza di ghiaccio di metano sulla superficie di Makemake. Se la densità fosse minore di 1,4 grammi per cm cubo, allora anche il metano si sarebbe volatilizzato nello spazio, ma ciò non è accaduto. Tutto considerato, gli autori dello studio propongono per Makemake una densità compresa tra 1,4 e 2,0 grammi per centimetro cubo, ritenendo i modelli teorici attuali per la ritenzione degli elementi volatili ancora troppo semplicistici per consentire di fissare con certezza il limite superiore di densità a 1,7 grammi.

Per quanto riguarda l'albedo non omogenea, indice della presenza di due diversi tipi di terreni con caratteristiche di riflettività completamente diverse, il gruppo di Ortiz propone una teoria che spiega unitariamente non solo questo dato, ma anche le diverse albedo di Plutone, di Makemake e di Eris. Plutone, con un'albedo di 0,52, è il meno riflettente dei tre corpi. Ciò è dovuto, secondo i ricercatori, al fatto che, trovandosi attualmente più vicino al Sole, parte dei suoi ghiacci superficiali sono sublimati sotto l'effetto della radiazione solare, diminuendo la riflettività generale del terreno e formando l'atmosfera globale rilevata dalle osservazioni. Eris, all'opposto di Plutone, ha un'albedo altissima pari a 0,96, è il più lontano dal Sole dei tre corpi e appare privo di atmosfera. Tutto ciò indica che la sua probabile atmosfera di azoto e metano è collassata al suolo, coprendolo completamente di ghiacci altamente riflettenti. Makemake, infine, è una via di mezzo tra Plutone ed Eris: più vicino al Sole di quest'ultimo, potrebbe conservare dei residui locali di atmosfera, presumibilmente dislocati in una fascia di terreno esposta più frequentemente alla radiazione solare. Si spiegherebbe così la sua albedo intermedia (0,77) rispetto a Plutone ed Eris nonché la presenza di due terreni con caratteristiche di riflettività molto diverse: dove l'atmosfera manca ed è precipitata al suolo, abbondano ghiacci altamente riflettenti, dove invece c'è un residuo locale di atmosfera, il terreno è sgombro dai ghiacci ed appare scuro e poco riflettente.

Dimensioni

L'occultazione ha permesso di ricavare con notevole precisione le dimensioni apparenti di Makemake, grazie all'analisi delle corde disegnate dal passaggio del pianeta nano davanti alla stella, presso ciascuno dei telescopi che hanno registrato l'evento.

Le corde ricavate dalle osservazioni di ciascuno dei sette telescopi sono compatibili sia con un cerchio sia con un'ellisse, quale forma di Makemake proiettata sulla Terra. Cortesia: J.L. Ortiz et al., Nature, vol. 491, 22 novembre 2012

Le corde ricavate dalle osservazioni di ciascuno dei sette telescopi sono compatibili sia con un cerchio sia con un'ellisse, quale forma di Makemake proiettata sulla Terra. Cortesia: J.L. Ortiz et al., Nature, vol. 491, 22 novembre 2012

Al momento dell'occultazione, Makemake era a 51,5 unità astronomiche dalla Terra e a 52,21 unità astronomiche dal Sole. Le estremità delle corde proiettate dal passaggio del pianeta nano davanti alla stella sono compatibili con un cerchio di 38,28 ± 0,22 milliarcosecondi di diametro, che, alla distanza di Makemake, corrispondono a 1.430 ± 9 km (circa un nono del diametro terrestre). Tuttavia le corde sono compatibili anche con un'ellisse di asse minore pari a 1.428 ± 17 km e rapporto tra gli assi di 1,15 ± 0,17, con l'asse maggiore ruotato di 9 ± 24° rispetto al polo nord celeste locale, così come indicato nella figura sopra.

Per una serie complessa di ragioni che riguardano il periodo di rotazione, la mancanza di un'atmosfera globale, la densità e i dati ottenuti in precedenza dai satelliti Spitzer e Herschel, il gruppo di Ortiz ritiene che la forma proiettata da Makemake sia una via di mezzo tra un cerchio perfetto e l'ellisse con rapporto tra gli assi di 1,15 ± 0,17. Il miglior compromesso è per i ricercatori un'ellisse con un rapporto tra gli assi di 1,05 ± 0,03, corrispondente a un asse minore di 1.430 ± 9 km e a un asse maggiore di 1.502 ± 45 km. Makemake appare, insomma, come uno sferoide oblato: una sorta di grossa palla di neve sporca, di forma leggermente schiacciata.

Quanto, infine, alla massa, non è stato possibile determinarla. A differenza di Plutone e di Eris, Makemake non possiede lune o, almeno, nessuna che sia stato possibile identificare nel corso dell'occultazione. Se se ne fosse trovata anche una sola, studiandone i movimenti orbitali sarebbe stato possibile risalire alla massa del sistema e, da essa, a quella dei singoli componenti.

Makemake e le stelle nella regione di cielo nella quale si è svolta l'occultazione del 23 aprile 2011. Cortesia: Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC)

Makemake e le stelle nella regione di cielo nella quale si è svolta l'occultazione del 23 aprile 2011. Cortesia: Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC)

Una simulazione dell'occultazione, realizzata sulla base di un'immagine tratta dalla Digitized Sky Survey 2. Cortesia: Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC)

Le linee curve indicano il percorso dell'ombra proiettata da Makemake sulla Terra il 23 aprile 2011, considerando un diametro di 1.430 km. I punti neri sulla linea centrale indicano le posizioni a intervalli di un minuto. La freccia definisce la direzione del moto dell'ombra. I punti verdi rappresentano gli osservatori dai quali l'occultazione è stata registrata, quelli rossi gli osservatori che hanno mancato l'evento. Il punto verde più a destra indica l'osservatorio brasiliano di Pico dos Dias, che ha registrato l'occultazione con 100 secondi d'anticipo rispetto agli osservatori cileni. Cortesia: J.L. Ortiz et al., Nature, vol. 491, 22 novembre 2012

Le linee curve indicano il percorso dell'ombra proiettata da Makemake sulla Terra il 23 aprile 2011, considerando un diametro di 1.430 km. I punti neri sulla linea centrale indicano le posizioni a intervalli di un minuto. La freccia definisce la direzione del moto dell'ombra. I punti verdi rappresentano gli osservatori dai quali l'occultazione è stata registrata, quelli rossi gli osservatori che hanno mancato l'evento. Il punto verde più a destra indica l'osservatorio brasiliano di Pico dos Dias, che ha registrato l'occultazione con 100 secondi d'anticipo rispetto agli osservatori cileni. Cortesia: J.L. Ortiz et al., Nature, vol. 491, 22 novembre 2012

I due diagrammi definiscono una banda longitudinale, nella quale potrebbe risiedere un'atmosfera locale di Makemake, compatibile con i risultati dell'osservazione dell'occultazione del 23 aprile 2011 e con i dati termici rilevati nel corso di precedenti osservazioni. Cortesia: J.L. Ortiz et al., Nature, vol. 491, 22 novembre 2012

I due diagrammi definiscono una banda longitudinale, nella quale potrebbe risiedere un'atmosfera locale di Makemake, compatibile con i risultati dell'osservazione dell'occultazione del 23 aprile 2011 e con i dati termici rilevati nel corso di precedenti osservazioni. Cortesia: J.L. Ortiz et al., Nature, vol. 491, 22 novembre 2012

Immagine acquisita il 26 novembre 2009 con un telescopio da 24 pollici. Makemake, indicato dalla freccia, ha una magnitudine apparente di 16,9. La galassia vista di taglio è IC 3587. Cortesia: Kevin Heider

Immagine acquisita il 26 novembre 2009 con un telescopio da 24 pollici. Makemake, indicato dalla freccia, ha una magnitudine apparente di 16,9. La galassia vista di taglio è IC 3587. Cortesia: Kevin Heider

Rappresentazione artistica degli otto più brillanti TNO. L'immagine è una elaborazione basata su una grafica pubblicata nel 2006 sul sito del telescopio spaziale Hubble. Fonte: Wikipedia

Rappresentazione artistica degli otto più brillanti TNO. L'immagine è una elaborazione basata su una grafica pubblicata nel 2006 sul sito del telescopio spaziale Hubble. Fonte: Wikipedia

Riferimenti

Tag: Makemake, pianeti nani, TNO, Fascia di Kuiper, plutone, Eris, articoli

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