La discrepanza massa-bilancio di 3I/ATLAS

AUTORE: Avi Loeb – 11 Marzo 2026 – Vai all’articolo originale LINK

Un’immagine del telescopio spaziale Hubble di 3I/ATLAS (Crediti immagine: NASA, ESA, STScI, D. Jewitt (UCLA), M.-T. Hui (Osservatorio Astronomico di Shanghai))

In un nuovo articolo (accessibile qui), dimostro che il raggio e la densità numerica interstellare recentemente dedotti degli oggetti simili a 3I/ATLAS implicano una densità di massa locale che è maggiore di ordini di grandezza rispetto al serbatoio disponibile di elementi pesanti bloccati nelle stelle a bassa metallicità. Questa associazione è stata suggerita da recenti misurazioni dell’abbondanza degli isotopi. O il raggio inferito o la densità numerica sono sovrastimati o l’associazione con le stelle povere di metallo è errata.

L’oggetto interstellare 3I/ATLAS offre nuove intuizioni sul serbatoio di massa dei sistemi planetari nella galassia della Via Lattea. I dati più recenti del Telescopio Spaziale Hubble (riportati qui) sono stati utilizzati per derivare un raggio del nucleo di R_n = 1,3 ± 0,2 km e una densità numerica interstellare di n ∼ 7 × 10^{−3} au^{−3}, dove au è la separazione Terra-Sole.

Per una densità tipica del nucleo di ρ_n ≈ 0,5 g/cm^3, il raggio inferito implica una massa del nucleo di m_n ≈ (4π[R_n]^3ρ_n/3) = 4,6×10^{15} grammi. Pertanto, la densità di massa interstellare locale della popolazione di oggetti simili a 3I/ATLAS è,

ρ_{3I} ≈n×m_n =10^{−26} g/cm^3

Due articoli recenti (pubblicati qui e qui) hanno riportato abbondanze isotopiche anomale nel materiale che compone 3I/ATLAS. Basandosi sulle osservazioni del telescopio Webb, Cordiner et al. (2026) avevano trovato una composizione isotopica diversa da qualsiasi corpo del Sistema Solare. L’acqua in 3I/ATLAS è arricchita in deuterio a un livello di D/H = (0.95 ± 0.06) percento, che è di un ordine di grandezza superiore rispetto a quello delle comete conosciute, suggerendo un’origine povera di metalli. Inoltre, i rapporti isotopici 12C/13C (141–191 per CO2 e 123–172 per CO) superano i valori tipici trovati nel Sistema Solare, così come nei dischi proto-planetari vicini. I modelli di evoluzione chimica implicano che la composizione isotopica del carbonio abbia avuto origine 10-12 miliardi di anni fa. Una conclusione simile è stata raggiunta da Opitom et al. (2026), che hanno riportato misurazioni dei rapporti isotopici di carbonio e azoto in 3I/ATLAS dalle osservazioni della molecola di cianuro (CN) effettuate dal Very Large Telescope. Questi dati suggeriscono un rapporto 12C/13C di 147 (+87/−40) e un rapporto 14N/15N di 343(+454/-124), più del doppio rispetto al valore di ∼ 150 solitamente misurato per le comete del Sistema Solare.

Di seguito, mostro che un’origine a bassa metallicità per 3I/ATLAS genera una tensione insostenibile con il bilancio di massa inferito della popolazione di oggetti interstellari 3I/ATLAS.
L’orbita galattica di 3I/ATLAS suggerisce un’origine probabile nel disco della galassia della Via Lattea. La composizione della chioma di 3I/ATLAS in termini di molecole a base di carbonio, ossigeno e azoto implica che la maggior parte della sua massa sia associata a elementi pesanti.
A titolo di riferimento, la densità di massa galattica delle stelle nei dintorni del Sole è,

ρ_⋆ ≈ 0.04M_⊙ pc^{−3} = 2.7 × 10^{−24} g/cm^3

Solo un decimo di tutte le stelle nel disco della Via Lattea hanno metallicità inferiori a un decimo del valore solare. Considerando quelle stelle povere di metalli come la popolazione sorgente suggerita di 3I/ATLAS e adottando la loro frazione di massa metallica pari a ∼ 2 × 10^{−3}, troviamo che la corrispondente densità di massa locale di elementi pesanti in esse è,

ρ_z ≈2×10^{−3}×0.1×ρ_⋆ =5.4×10^{−28} g/cm^3

Poiché ρ_z ∼ 0.05ρ_{3I}, concludiamo che la densità di massa totale degli elementi pesanti bloccati nelle stelle a bassa metallicità è più di un ordine di grandezza inferiore alla densità di massa richiesta negli oggetti interstellari come 3I/ATLAS.

I sistemi planetari — che servono come i luoghi di nascita naturali degli oggetti interstellari — originano da dischi di detriti che contengono almeno dieci volte meno massa rispetto alla stella ospite. Inoltre, ci si aspetta che uno spettro di massa degli oggetti interstellari espulsi contenga almeno dieci volte più massa in oggetti con masse che sono ordini di grandezza diverse da quella di 3I/ATLAS. Quando questi fattori aggiuntivi sono inclusi, scopriamo che le stelle a bassa metallicità mancano del budget di massa richiesto di almeno 3 ordini di grandezza. Non possono spiegare la popolazione interstellare di oggetti simili a 3I/ATLAS a meno che non siano in grado di espellere nello spazio interstellare più di mille volte il contenuto di elementi pesanti dei loro dischi planetari.

In conclusione, o il raggio inferito o la densità numerica della popolazione di oggetti simili a 3I/ATLAS sono sovrastimati, oppure la loro associazione con stelle povere di metalli è errata.