Figura 1: Schema delle orbite dei due oggetti scoperti (rosso: 2020 KJ60, viola: 2020 KK60). Il simbolo più rappresenta il Sole e le linee verdi rappresentano le orbite di Giove, Saturno, Urano e Nettuno, dall’interno verso l’esterno. I numeri sull’asse verticale e orizzontale rappresentano la distanza dal Sole in unità astronomiche (au, un au corrisponde alla distanza tra il Sole e la Terra). I punti neri rappresentano i classici oggetti della Fascia di Kuiper, che si pensa siano un gruppo di planetesimi ghiacciati formatisi in situ nel primo sistema solare e distribuiti vicino al piano dell’eclittica. I punti grigi rappresentano gli oggetti del sistema solare esterno con un semiasse maggiore superiore a 30 au. Questi includono oggetti dispersi da Nettuno, quindi si estendono molto lontano, e molti hanno orbite inclinate rispetto al piano dell’eclittica. I cerchi e i punti nella figura rappresentano le loro posizioni il 1° giugno 2024.
Le osservazioni ad ampio raggio e in profondità del Telescopio Subaru stanno fornendo informazioni alla sonda New Horizons che si muove nel sistema solare esterno. Applicando un metodo di analisi unico alle immagini degli oggetti della Fascia di Kuiper riprese dalla fotocamera a campo ultra largo del Telescopio Subaru, sono stati scoperti oggetti che hanno il potenziale per estendere la regione della Fascia di Kuiper.
Cosa c’è oltre i pianeti conosciuti del nostro sistema solare? Oltre Nettuno, c’è la Fascia di Kuiper, una regione a forma di anello di asteroidi e altri piccoli oggetti. L’area che va dalla Fascia di Kuiper alla Nube di Oort è chiamata “sistema solare esterno”, ma le nostre conoscenze sono ancora limitate alle regioni più vicine al Sole.
“Guardando al di fuori del sistema solare, un tipico disco planetario si estende a circa 100 au dalla stella ospite (100 volte la distanza tra la Terra e il Sole), mentre la Fascia di Kuiper, che si stima si estenda per circa 50 au, è molto compatta.
“Sulla base di questo confronto, pensiamo che la nebulosa solare primordiale, da cui è nato il sistema solare, possa essersi estesa più della cintura di Kuiper attuale“, spiega il dottor Fumi Yoshida (Industrial Medical University of Japan; Center for Planetary Exploration Research, Chiba Institute of Technology), che ha guidato la ricerca.
Secondo gli attuali dati osservativi, il bordo esterno della Fascia di Kuiper sembra interrompersi bruscamente intorno ai 50 au. Se questo bordo esterno corrisponde al bordo esterno della nebulosa solare primordiale, allora il disco planetario del sistema solare è nato molto piccolo.
D’altra parte, è anche possibile che il bordo esterno della Fascia di Kuiper sia stato tagliato dai suoi corpi esterni (come i pianeti non ancora scoperti). Se questo è vero, le osservazioni più lontane nella Fascia di Kuiper potrebbero rivelare un oggetto tagliato, o una seconda Fascia di Kuiper.
Trovare oggetti ai margini del sistema solare e studiarne la distribuzione ci aiuterà a capire l’evoluzione del sistema solare.
New Horizons della NASA è una missione spaziale per esplorare il sistema solare esterno. Ha effettuato un flyby del sistema di Plutone nel 2015 e di Arrokoth, uno degli oggetti della Fascia di Kuiper, nel 2019. New Horizons ci ha dato il primo sguardo alla superficie di un oggetto del sistema solare esterno.
Dopo il flyby di Arrokoth, è iniziata la missione estesa di New Horizons e il telescopio Subaru ha iniziato a contribuire alla ricerca di oggetti della Fascia di Kuiper da far sorvolare e/o osservare alla sonda.
Figura 2: Un esempio di rilevamento da parte del Moving Object Detection System della JAXA. Gli oggetti in movimento vengono rilevati da 32 immagini dello stesso campo riprese a intervalli di tempo regolari (le immagini nei riquadri arancioni della figura precedente). Assumendo la gamma di velocità degli oggetti della Fascia di Kuiper, ogni immagine viene leggermente spostata in qualsiasi direzione e poi impilata. Le immagini incorniciate in verde, azzurro e nero sono il risultato dell’impilamento di 2 immagini ciascuna, 8 immagini ciascuna e 32 immagini, rispettivamente. Se c’è una fonte di luce al centro di una singola immagine e di ciascuna delle immagini sovrapposte, è considerata un oggetto reale.
La ricerca di oggetti della Fascia di Kuiper tramite l’Hyper Suprime-Cam (HSC) del Subaru Telescope si è concentrata su due campi HSC lungo la traiettoria della sonda (complessivamente i due campi coprono un’area di cielo equivalente a circa 18 lune piene). In circa 30 mezze notti di osservazioni, il team scientifico di New Horizons (team di missione) ha finora trovato più di 240 oggetti del sistema solare esterno.
In questo studio, un team guidato da un ricercatore giapponese ha analizzato le immagini acquisite dalle suddette osservazioni utilizzando un metodo diverso da quello del team di missione e ha scoperto sette nuovi oggetti del sistema solare esterno.
I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati su Publications of the Astronomical Society of Japan (PASJ) il 29 maggio 2024, con il titolo “A deep analysis for New Horizons’ KBO search images“.
L’autore principale, il dottor Yoshida, ha notato che i dati dell’osservazione HSC, ripresi a intervalli regolari con un campo visivo fisso, potevano essere analizzati con il Moving Object Detection System sviluppato dalla JAXA, normalmente utilizzato per rilevare asteroidi e detriti spaziali vicini alla Terra.
Questo sistema rileva oggetti in movimento a una velocità specifica sovrapponendo 32 immagini consecutive spostate in qualsiasi direzione. È progettato in modo unico per l’elaborazione ad alta velocità (Figura 2). A due dei sette nuovi oggetti scoperti dal team con questo sistema di rilevamento sono state determinate le orbite approssimative e sono state assegnate designazioni provvisorie dal Minor Planet Center (MPC) dell’Unione Astronomica Internazionale.
Osservazioni precedenti hanno mostrato che il numero di oggetti della Fascia di Kuiper diminuisce drasticamente oltre i 50 au circa, per cui si pensa che il limite esterno della Fascia di Kuiper sia circa lì. Tuttavia, i semi-assi maggiori dei due oggetti scoperti e provvisoriamente designati sono entrambi superiori a 50 au (Figura 1; gli elementi orbitali di questi oggetti potrebbero però variare con l’accumularsi delle osservazioni in futuro).
Se queste scoperte continueranno, potremo concludere che la Fascia di Kuiper si estende ancora di più. Grazie alla collaborazione del Telescopio Subaru e di New Horizons, che sta ancora attraversando il sistema solare esterno, prevediamo che l’esplorazione si estenderà alle regioni più profonde del sistema solare esterno, non ancora raggiunte dall’occhio umano.
“La ricerca di oggetti della Fascia di Kuiper da parte del team della missione con l’HSC continua ancora oggi e in futuro verrà pubblicata una serie di articoli, principalmente dal gruppo nordamericano. Questa ricerca, la scoperta di sorgenti con il potenziale di espandere la regione della Fascia di Kuiper utilizzando un metodo sviluppato in Giappone e guidato da ricercatori giapponesi, serve come precursore di quelle pubblicazioni“, afferma il dottor Yoshida.
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