Il JWST rileva metano sull'oggetto interstellare 3I/ATLAS

Il JWST caratterizza l'oggetto interstellare 3I/ATLAS, rilevando metano e volatili del sottosuolo

Il Telescopio Spaziale James Webb (JWST) ha raggiunto un traguardo significativo nello studio dei visitatori extrasolari, eseguendo la prima analisi spettroscopica in assoluto nel medio infrarosso dell'oggetto interstellare 3I/ATLAS. Questo terzo visitatore confermato proveniente da oltre il nostro sistema solare ha offerto agli astronomi un raro e dettagliato sguardo sulla composizione chimica di un corpo formatosi in un ambiente alieno e lontano. Utilizzando lo strumento Mid-Infrared Instrument (MIRI) del telescopio, un team di ricerca che comprende Matthew Belyakov, Ian Wong e Bryce T. Bolin ha osservato l'oggetto dopo il perielio, catturando dati che suggeriscono una complessa storia di processamento termico e la conservazione di antichi volatili nel sottosuolo. I risultati, ottenuti durante le osservazioni nel dicembre 2025, rappresentano un cambio di paradigma nella nostra capacità di campionare i mattoni fondamentali di altri sistemi stellari.

L'arrivo di 3I/ATLAS segue le orme dell'enigmatico 1I/'Oumuamua e del più tradizionalmente cometario 2I/Borisov. Tuttavia, 3I/ATLAS ha offerto un'opportunità unica di caratterizzazione grazie alla sua tempistica orbitale e alla sensibilità senza precedenti del JWST. L'analisi cinematica suggerisce che questo oggetto probabilmente ha avuto origine dal disco spesso della Via Lattea, una regione popolata da stelle antiche, e si è avvicinato al nostro sistema solare dalla direzione della costellazione del Sagittario. Studiando tali oggetti, gli scienziati possono determinare se i modelli chimici del nostro sistema solare siano tipici o se rappresentiamo un'eccezione nel vicinato galattico. Le osservazioni di 3I/ATLAS sono state condotte a distanze eliocentriche di 2,20 e 2,54 au, fornendo una finestra sul comportamento di outgassing dell'oggetto mentre iniziava il suo lungo viaggio di ritorno nel vuoto interstellare.

L'importanza scientifica di 3I/ATLAS e della sua firma volatile

Per catturare l'impronta chimica di 3I/ATLAS, i ricercatori hanno impiegato il Medium-Resolution Spectrometer (MRS) dello strumento MIRI del JWST. Ciò ha permesso il rilevamento di specifiche caratteristiche di fluorescenza nell'intervallo di lunghezze d'onda tra 5 e 28 micron. Tra le scoperte principali vi è stata la chiara rilevazione della banda \(\nu_2\) del vapore acqueo tra 5,8 e 7,0 micron, insieme alla banda primaria \(\nu_2\) e alle associate "bande calde" dell'anidride carbonica (CO₂) centrate intorno ai 15 micron. Queste misurazioni hanno rivelato un profilo chimico sorprendente: 3I/ATLAS mostra un rapporto tra CO₂ e acqua insolitamente alto, pari a circa 8:1. Questo rapporto è significativamente superiore a quello osservato nelle tipiche comete del Sistema Solare, suggerendo che l'oggetto possa essersi formato in una regione ricca di anidride carbonica o forse sotto specifiche condizioni di radiazione che ne hanno alterato la chimica primordiale.

Oltre ai classici composti volatili, gli spettri di MIRI hanno rivelato anche una transizione proibita del nichel atomico a 7,507 micron. La presenza di tali vapori di metalli pesanti nella chioma cometaria è un fenomeno riconosciuto solo di recente nelle comete del Sistema Solare, e il suo rilevamento in un oggetto interstellare sottolinea la comunanza di certi processi termici tra diversi sistemi stellari. Il team ha inoltre osservato una sorgente estesa di produzione d'acqua all'interno della chioma vicino al nucleo, indicando che l'outgassing non proviene solo dal nucleo stesso ma anche da grani ghiacciati trascinati all'interno della chioma. Questo fenomeno della "sorgente estesa" fornisce indizi sulla struttura fisica di 3I/ATLAS, suggerendo una composizione ghiacciata fragile che perde materiale mentre si riscalda.

Rilevamento rivoluzionario di metano e materiali del sottosuolo

Forse il risultato più innovativo della campagna del JWST è la prima rilevazione diretta di metano (CH₄) in un oggetto interstellare. Il metano è una specie altamente volatile che viene spesso esaurita dagli strati superficiali dei corpi cometari a causa del riscaldamento solare. Nel caso di 3I/ATLAS, i ricercatori hanno notato un inizio ritardato della produzione di metano rispetto all'acqua. Ciò suggerisce che il metano non fosse presente sulla superficie immediata, ma fosse invece intrappolato in materiale del sottosuolo non processato. Mentre il calore del Sole penetrava più in profondità nell'oggetto durante il suo passaggio al perielio, questi volatili "freschi" sono stati liberati, fornendo uno sguardo al materiale primordiale che è rimasto immutato dalla formazione dell'oggetto milioni o miliardi di anni fa.

Questa scoperta risponde a una domanda di lunga data riguardante la presenza di metano sugli oggetti interstellari. Mentre le precedenti osservazioni di 2I/Borisov avevano accennato a varie molecole contenenti carbonio, l'identificazione diretta di CH₄ in 3I/ATLAS conferma che questi viaggiatori interstellari trasportano i precursori organici necessari per una chimica complessa. Il rapporto arricchito CH₄:H₂O, se confrontato con il valore di base delle comete della Nube di Oort, distingue ulteriormente 3I/ATLAS come un'entità chimicamente distinta. L'emergere del metano dal sottosuolo funge da "orologio termico", raccontando la storia di come gli strati più esterni dell'oggetto siano stati processati dalla radiazione interstellare e da precedenti eventi di riscaldamento, mentre il suo interno rimaneva una capsula del tempo criogenica proveniente da un altro mondo.

Planetologia comparata e dinamica dell'outgassing di 3I/ATLAS

Le osservazioni del JWST sono state suddivise in due distinte epoche, separate da 12 giorni nel dicembre 2025. Questa tempistica ha permesso al team di ricerca di tracciare l'evoluzione dell'attività dell'oggetto mentre si allontanava dal Sole. È interessante notare che i dati hanno mostrato una significativa riduzione dell'outgassing complessivo in questo breve periodo. In particolare, il livello di attività dell'acqua misurato è diminuito più drasticamente rispetto alle altre specie gassose. Questo outgassing differenziale fornisce dati critici sulla volatilità dei materiali coinvolti; mentre la superficie si raffredda, l'acqua — che richiede più energia per sublimare rispetto alla CO₂ o al CH₄ — è la prima a subire un calo nella produzione. Questo comportamento consolida ulteriormente lo stato di 3I/ATLAS come corpo estremamente ricco di volatili rispetto alle comete più "temperate" che si trovano nel Sistema Solare interno.

Confrontando 3I/ATLAS con le comete locali, la differenza più netta rimane l'arricchimento di anidride carbonica. Mentre la maggior parte delle comete della Nube di Oort ha l'acqua come volatile dominante, 3I/ATLAS sembra essere dominato dagli ossidi di carbonio. Questa firma chimica potrebbe indicare un ambiente di formazione in un disco protoplanetario attorno a una stella più fredda del nostro Sole, o forse in una regione di un disco dove il ghiaccio di CO₂ potrebbe prevalere sul ghiaccio d'acqua. I ricercatori suggeriscono che 3I/ATLAS potrebbe aver avuto origine in una zona di transizione tra i dischi sottile e spesso della galassia, potenzialmente all'interno di un disco di planetesimi primordiali o di una eso-nube di Oort che è stata perturbata da incontri stellari.

Direzioni future nella ricerca interstellare

La riuscita caratterizzazione di 3I/ATLAS segna l'inizio di una nuova era nell'astronomia "aliena". Stabilendo una base chimica per i visitatori interstellari, il JWST sta fornendo i dati necessari per costruire modelli più accurati di come i sistemi planetari si formano ed evolvono nella galassia. La presenza di metano, anidride carbonica e nichel atomico in un singolo corpo interstellare suggerisce che la diversità di questi oggetti possa essere ancora maggiore di quanto precedentemente previsto. Ogni nuovo visitatore fornisce un campione "gratuito" di un sistema solare lontano, risparmiandoci l'impossibile viaggio di anni luce per raggiungerli.

Guardando al futuro, la comunità scientifica si sta preparando per un aumento di tali scoperte. L'imminente Osservatorio Vera C. Rubin, con la sua Legacy Survey of Space and Time (LSST), dovrebbe rilevare molti più oggetti interstellari mentre entrano nel nostro vicinato. Con il JWST che fornisce la capacità di "follow-up" ad alta risoluzione, gli astronomi passeranno presto dallo studio di singole curiosità come 3I/ATLAS all'esecuzione di indagini statistiche sulla diversità chimica interstellare. Questa comprensione in evoluzione di come i volatili si preservano attraverso le vaste distanze dello spazio ci aiuterà infine a comprendere le origini dei mattoni della vita e la frequenza di ambienti abitabili in tutta la Via Lattea.