3I/ATLAS emette particelle molto più grandi della polvere comune che disperde la luce solare

AUTORE: Avi Loeb – 25 Dicembre 2025 – Vai all’articolo originale LINK

Immagini del getto anti-coda strettamente collimato da 3I/ATLAS in direzione del Sole (in basso a sinistra), elaborate attraverso un filtro gradiente di Larson-Sekanina il 15 dicembre 2025 (in alto) da Toni Scarmato e il 13 dicembre 2025 (in basso) da Teerasak Thaluang.

Immagini recenti dell’oggetto interstellare 3I/ATLAS mostrano un getto di anti-coda strettamente collimato che si estende per almeno 400.000 chilometri verso il Sole (come riportato qui).

Si assume comunemente che la luminosità in questo getto sia dovuta alla diffusione della luce solare da parte delle particelle di polvere. Qui deriviamo vincoli sulle dimensioni caratteristiche di queste particelle, assumendo che provengano da una cometa naturale.Se queste particelle partono con una velocità iniziale V, allora possono raggiungere una distanza L prima di essere fermate dalla decelerazione radiativa solare A:

L=V²/(2A).

La forza di radiazione solare su particelle sferiche con un raggio R maggiore della lunghezza d’onda della luce solare è dell’ordine del flusso di quantità di moto trasportato dalla luce solare a una distanza eliocentrica r, ovvero: ~L_s/(c*4*pi*r²) dove L_s è la luminosità solare e c è la velocità della luce, moltiplicato per l’area della sezione trasversale della particella, ovvero: (pi*R²).

A una distanza eliocentrica di r~2ua, dove sono state scattate le immagini recenti, la decelerazione solare per una particella con densità solida di 1 g/cm³ è:

A~ (0,1 cm/s²)*(R/1 micron)^(-1).

Pertanto, per raggiungere L~400.000 km, la velocità iniziale di queste particelle di polvere deve essere V~(900 m/s)*(R/1 micron)^{-1/2}.

Per le particelle di polvere submicroniche, questa velocità supera la velocità termica delle particelle di gas a quella distanza eliocentrica ed è quindi insostenibile. Una velocità del genere non può essere raggiunta se 3I/ATLAS è una cometa naturale, anche se la polvere viene perfettamente trascinata dal gas in uscita dalla sublimazione di sostanze volatili sulla superficie di una roccia ghiacciata da parte della luce solare. La decelerazione solare scala inversamente con il raggio delle particelle e dovrebbe essere maggiore per le particelle più piccole con un raggio paragonabile alla lunghezza d’onda caratteristica della luce solare, ~0,5 micron.

In conclusione, la lunghezza osservata della coda anti-sole generata da 3I/ATLAS può essere sostenuta solo da particelle con un raggio molto più grande delle comuni particelle di polvere, che hanno la superficie più grande per unità di massa per diffondere la luce solare e di solito dominano la chioma attorno alle comete del sistema solare. 3I/ATLAS è quindi anomalo per le dimensioni delle particelle che dominano la luminosità del suo getto verso il Sole.

La coda di polvere di 3I/ATLAS è dominata da particelle più grandi delle tipiche particelle di polvere che diffondono la luce solare in modo più efficiente. Ciò è necessario per spiegare perché il getto rivolto verso il sole di 3I/ATLAS è molto più lungo di quanto osservato nelle comete familiari. Dalla sua scoperta, si è dedotto che il getto anti-coda osservato fosse 10 volte più lungo che largo — dopo aver corretto per il suo angolo di proiezione di 10 gradi nell’immagine Hubble del 21 luglio 2025 (come riportato qui e analizzato qui).

La stretta collimazione del getto della coda anti-coda di 3I/ATLAS potrebbe essere il risultato del rilascio di grandi particelle da una frazione molto piccola della superficie del nucleo.
Inoltre, c’è anche un limite superiore a quanto grandi possano essere queste particelle anti-coda. Particelle molto più grandi hanno una superficie minore per unità di massa e non possono essere facilmente trascinate dal gas alla velocità V richiesta.

La perdita di massa dal lato rivolto verso il Sole di 3I/ATLAS è stata stimata dai dati ottenuti dal telescopio Webb (come riportato qui) a un valore di Mdot~150 kg/s e potrebbe essere aumentata di un fattore di pochi vicino al perielio. Per il nostro calcolo, adotteremo un valore aumentato di Mdot ~ 500 kg/s per la coda anti-sole post-perielio, osservata negli ultimi due mesi. Data questa velocità di perdita di massa, la densità del gas in uscita D diminuisce inversamente con il quadrato della distanza d dal nucleo di 3I/ATLAS, secondo la relazione:

D=Mdot/(O*V*d²)

dove O è l’angolo solido conico del getto in uscita verso il Sole. Le recenti immagini di 3I/ATLAAS implicano che il getto anti-coda sia collimato entro un cono con un raggio angolare di apertura di circa 8 gradi, corrispondente a O=0,06. Usando questo valore insieme all’espressione derivata per V, si ottiene una densità di massa del getto in funzione della distanza d:

D ~ 10⁻⁸ g/cm³ *(R/1micron)^(1/2)*(d/1km)^(-2)

Il tempo necessario all’attrito per portare una particella di densità solida e raggio R alla velocità del gas in uscita V è:

~8R/[V*(D/1g/cm³)] ~ (1s)*(R/1micron)*(d/1km)^2

Questo tempo di trascinamento scala come (R*O/Mdot)*d² e non dipende dalla velocità iniziale di efflusso del gas V (che alla fine si assume sia eguagliata dalle particelle attraverso il trascinamento).

Questo tempo di trascinamento deve essere più breve del tempo di diluizione del getto durante il quale il gas in uscita si rarefà con la distanza d dal nucleo:

~(d/V)=(1s)*(d/1km)*(R/0.1micron)^{1/2}.

Questa disuguaglianza è possibile solo per particelle sufficientemente piccole, con:

(R/100micron) < (d/100m)^{-2}.

Affinché il raggio tipico delle particelle sia maggiore di 100 micron, il raggio del nucleo deve essere minore di 100 metri. Ciò non è consentito dal limite inferiore sul raggio del nucleo, come derivato qui dai dati dell’immagine di Hubble. Adottare un valore più modesto di Mdot vicino al perielio ridurrebbe il limite sulla dimensione massima delle particelle.

In conclusione, il raggio delle particelle nell’outflow da 3I/ATLAS deve essere maggiore di 1 micron affinché raggiungano la lunghezza osservata del getto della coda anti-coda e minore di 100 micron affinché raggiungano la velocità richiesta del getto attraverso la resistenza sul gas in uscita. Questi requisiti si applicano a una cometa naturale in cui l’anticoda è alimentata da ghiaccio sublimato, ma non a una fonte esotica, come lo scarico di un razzo che potrebbe conferire alle particelle e al gas una velocità di espulsione arbitraria.

Ulteriori vincoli sulle dimensioni tipiche delle particelle potrebbero essere derivati attraverso una misurazione diretta della velocità V del getto verso il Sole mediante una misurazione spettroscopica del suo spostamento Doppler rispetto al nucleo di 3I/ATLAS.

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Mentre cerchiamo di caratterizzare quantitativamente l’oggetto interstellare 3I/ATLAS, dobbiamo tenere a mente ciò che Erwin Schrödinger, uno dei fondatori della meccanica quantistica, disse a proposito delle intuizioni scientifiche:

“Il compito non è tanto vedere ciò che nessuno ha ancora visto; ma pensare ciò che nessuno ha ancora pensato, riguardo a ciò che tutti vedono”.

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Stamattina, prima della mia solita corsa di 5 chilometri all’alba, ho ricevuto il seguente messaggio:

“Dr.Loeb, Grazie mille per la vostra eccellente copertura 3I/ATLAS! È stato assolutamente emozionante seguire ogni nuovo dato sconvolgentemente perplesso che abbiamo raccolto su questo oggetto interstellare!

Sono sempre stato interessato a cosa c’è là fuori, oltre le stelle, ma non sono mai stato così affascinato da un oggetto spaziale come lo sono da 3I/ATLAS. Mi piace che stia costringendo le persone a porsi domande difficili e a ripensare a cosa sia possibile per quanto riguarda il funzionamento della fisica nei sistemi solari al di là del nostro.

Grazie per aver avuto il coraggio di condividere la tua ipotesi e i tuoi pensieri su cosa potrebbe essere 3I/ATLAS, e su tutte le diverse possibilità. La sua capacità di immaginare vividamente mi ricorda questa bellissima citazione di Einstein:

“L’immaginazione è più importante della conoscenza. Perché la conoscenza è limitata a tutto ciò che ora sappiamo e comprendiamo, mentre l’immaginazione abbraccia il mondo intero, e tutto ciò che ci sarà mai da sapere e comprendere.”

Stia bene e buon anno!

Cordiali saluti,
Drew”