Pupazzi di neve in volo nello spazio profondo

"Pupazzi di neve che volano nello spazio profondo" non è uno scherzo natalizio: è una descrizione letterale che emerge da una recente ricerca, la quale spiega perché molti piccoli mondi situati oltre Nettuno somiglino a due palle di neve fuse insieme. Il 26 febbraio 2026, i ricercatori della Michigan State University hanno pubblicato una simulazione, accettata per il numero di marzo della rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, che riproduce le iconiche forme a due lobi osservate negli oggetti della Fascia di Kuiper come Arrokoth. Il modello, sviluppato dal dottorando della MSU Jackson Barnes insieme a collaboratori del Planetary Science Institute e della MSU, mostra che le binarie a contatto possono formarsi naturalmente quando una nube di ciottoli ghiacciati collassa sotto la propria gravità e i pezzi si fondono dolcemente anziché frantumarsi.

Pupazzi di neve che volano nel profondo: una nuova simulazione

La simulazione di Barnes e colleghi offre la prima dimostrazione completamente coerente del fatto che il collasso gravitazionale di una nube di ciottoli può produrre binarie a contatto incontaminate — oggetti composti da due lobi che si toccano proprio come un pupazzo di neve. Il team ha prodotto un breve video della simulazione in cui molteplici piccoli corpi si formano, migrano e si assestano in contatto senza richiedere una rara collisione ad alta energia o processi esotici. Questo è fondamentale perché le osservazioni effettuate dai sorvoli dei veicoli spaziali e dalle indagini telescopiche mostrano che una frazione sorprendentemente ampia di piccoli oggetti della Fascia di Kuiper è costituita da binarie a contatto; qualsiasi modello di formazione praticabile deve quindi essere in grado di crearne frequentemente.

I precedenti modelli computazionali spesso non riuscivano a far unire i due lobi senza collisioni sintonizzate artificialmente o eventi esterni. L'approccio di Barnes parte da una nube di ciottoli dispersa e gravitazionalmente instabile e lascia che sia la gravità, insieme alle interazioni dinamiche, a compiere il lavoro. Man mano che la nube si restringe, le velocità relative più basse e gli incontri delicati permettono agli aggregati di fondersi in configurazioni bilobate che rimangono intatte nel rarefatto sistema solare esterno.

Pupazzi di neve che volano nel profondo e la Fascia di Kuiper

La nuova simulazione mostra come tali forme possano essere un esito naturale della formazione dei planetesimi nella Fascia di Kuiper, piuttosto che un raro incidente. Una volta che due lobi entrano in contatto nell'ambiente a bassa densità della fascia, ulteriori collisioni ad alta velocità sono improbabili, il che significa che queste fragili forme a pupazzo di neve possono sopravvivere per miliardi di anni e giungere a noi come finestre relativamente incontaminate sul sistema solare primordiale.

La fisica dell'adesione del ghiaccio

In che modo minuscoli granelli e ciottoli ricoperti di brina si uniscono nel quasi vuoto e nella microgravità del sistema solare esterno? La risposta è un mix di dinamica delicata e fisica delle superfici. Quando le velocità tra le particelle in collisione sono basse — centimetri al secondo piuttosto che chilometri — le collisioni tendono a dissipare energia e permettono agli aggregati di aderire invece di frammentarsi. Questa condizione è comune durante il lento collasso di una nube di ciottoli, dove la gravità reciproca riduce le velocità relative tra i vicini.

Su piccole scale, le forze a corto raggio sono importanti. L'attrazione di van der Waals — una forza debole e universale tra le molecole — fornisce coesione quando le aree di contatto sono piccole. Anche le cariche elettrostatiche possono giocare un ruolo: la carica differenziale derivante dalla luce solare o dal plasma può far sì che i granelli si attraggano o si respingano, a seconda delle circostanze, e può aiutare a formare i grumi iniziali. Allo stesso tempo, alle temperature criogeniche della Fascia di Kuiper, il ghiaccio si comporta diversamente rispetto alle temperature terrestri: le superfici possono essere più appiccicose perché la sinterizzazione e la ricondensazione della brina nei punti di contatto saldano i granelli tra loro nel tempo.

Studi di laboratorio e lavori teorici in tutte le scienze planetarie mostrano che una combinazione di questi effetti — basse velocità di collisione, coesione di van der Waals, possibile attrazione elettrostatica e sinterizzazione guidata termicamente — permette anche a minuscoli granelli di ghiaccio di fondersi in aggregati più grandi. Tali aggregati possono poi accrescersi ulteriormente in un processo a cascata che culmina in planetesimi di dimensioni chilometriche e, nelle condizioni modellate da Barnes, in binarie a contatto bilobate.

Dai ciottoli alle binarie a contatto: il collasso gravitazionale

Il meccanismo centrale testato dal team della MSU è il collasso gravitazionale di una densa nube di ciottoli ghiacciati. In questo scenario, concentrazioni locali di solidi — agglomerazioni meteorologiche in un disco protoplanetario o instabilità di streaming che concentrano le particelle — rendono una sottoregione sufficientemente densa affinché l'autogravità prevalga sulla tendenza della nube a disperdersi. Mentre la nube collassa, i singoli ammassi di ciottoli si formano e interagiscono tra loro.

Fondamentalmente, il collasso tende a produrre basse velocità relative tra gli ammassi vicini perché il processo è collettivo: le particelle cadono verso un centro comune piuttosto che scontrarsi l'una con l'altra su traiettorie casuali ad alta velocità. Questi incontri delicati favoriscono l'adesione e la riconfigurazione in binarie a contatto. La simulazione della MSU mostra che sono possibili molteplici esiti — sferoidi singoli, binarie e binarie a contatto — a seconda della densità iniziale e del momento angolare, ma le forme bilobate appaiono naturalmente entro intervalli di parametri realistici, spiegando perché le osservazioni telescopiche e dei veicoli spaziali ne trovino in numero significativo.

Processi superficiali e brina sui veicoli spaziali

La stessa fisica delle superfici che aiuta i granelli di ghiaccio a coesistere nella Fascia di Kuiper spiega anche perché la brina aderisce alle superfici dei veicoli spaziali in orbita o perché può accumularsi su lander e strumenti nelle parti fredde del sistema solare. In microgravità, non c'è una forte spinta verso il basso che stacchi la brina; al contrario, le forze molecolari e la lenta ricondensazione mantengono la brina aderente. L'adesione elettrostatica può far sì che la polvere e i granelli di ghiaccio si attacchino ai pannelli solari e ai sensori, rappresentando un vero grattacapo ingegneristico per le missioni che operano in ambienti polverosi o ricchi di sostanze volatili.

Comprendere questi meccanismi non è solo una questione accademica: prevedere quanto velocemente le superfici sinterizzano o quanto sarà resistente il contatto tra due lobi sotto i cicli termici influenza il modo in cui gli scienziati interpretano le osservazioni remote e pianificano le missioni future. Ad esempio, un futuro lander destinato a un KBO bilobato dovrebbe tenere conto di regioni di contatto fragili che potrebbero essere debolmente legate rispetto al resto del corpo.

Implicazioni e osservazioni future

In futuro, le indagini telescopiche che aumenteranno il censimento dei piccoli oggetti della Fascia di Kuiper, insieme a eventuali future missioni di sorvolo o rendezvous, potranno testare le previsioni dettagliate dei modelli di collasso: la distribuzione delle dimensioni dei lobi, gli stati di rotazione, la porosità superficiale e la frequenza delle binarie a contatto quasi incontaminate. Esperimenti di laboratorio e simulazioni raffinate indagheranno anche la microfisica — van der Waals, elettrostatica e sinterizzazione — che controlla le prime fasi di adesione dei granelli ghiacciati. Insieme, queste linee di evidenza renderanno più nitido il nostro quadro di come i mattoni dei pianeti si siano assemblati nelle regioni più fredde del sistema solare.

Fonti