Le comete somigliano ad un gelato fritto

Servendosi di ghiaccio e materiale organico in laboratorio, alcuni astronomi statunitensi potrebbero aver scoperto la causa per cui i nuclei delle comete sono provvisti di una dura crosta esterna.

Utilizzando uno strumento molto simile ad un freezer, soprannominato ‘Himalaya’, i ricercatori hanno dimostrato che il rivestimento ghiacciato della superficie dei nuclei cometari cristallizza e si indurisce quando la cometa si dirige verso il Sole, riscaldandosi.

La Cometa 67/ P / Churyumov-Gerasimenko in una immagine ripresa dalla sonda Rosetta (crediti: ESA / Rosetta / NAVCAM)

In sintesi, mentre le comete si avvicinano al Sole, all’aumentare della temperatura, i cristalli di acqua ghiacciata dei nuclei tendono a compattarsi e a disporsi più ordinatamente, mentre le altre molecole contenenti carbonio vengono espulse dalla superficie.

Il risultato – dicono gli scienziati – è un nucleo con una crosta ‘croccante cosparsa di polvere organica’, che rammenta proprio il gelato fritto.

“Una cometa è simile a un gelato fritto”, ribadisce Murthy Gudipati, scienziato del Jet Propulsion Laboratory della NASA di Pasadena, California (JPL), autore di un articolo pubblicato su The Journal of Physical Chemistry. “La crosta è costituita da ghiaccio cristallino, mentre l’interno è molto freddo e leggero. E i prodotti organici sono paragonabili al cioccolato dello strato di gelato più esterno”.

L’autore principale dello studio è Antti Lignell, uno studioso del California Institute of Technology di Pasadena, già collaboratore di Gudipati al JPL.

I due ricercatori già sapevano che i nuclei delle comete, all’interno sono composti di materiali allo stato fluido, mentre l’esterno appare come una crosta indurita.

La missione Deep Impact della NASA e la sonda Rosetta, dell’Agenzia Spaziale Europea, hanno esaminato questi nuclei da vicino, trovando le prove dell’interno leggero e poroso.

Lo scorso novembre il lander Philae della sonda Rosetta, nell’atterraggio sulla superficie della cometa 67P / Chuyumov-Geramisenko, vi rimbalzò sopra, a conferma della superficie compatta del nucleo, mentre la missione Deep Impact, ancora prima, aveva rilevato i rivestimenti, neri come fuliggine, costituiti da molecole organiche e polvere.

Ma l’esatta composizione della crosta e il modo in cui questa si forma erano processi ancora poco chiari.

Nel nuovo studio, i due ricercatori si sono rivolti ai laboratori sulla Terra per realizzare un valido modello di cristallizzazione della crosta di un nucleo cometario.

Gli esperimenti sono iniziati con ghiaccio amorfo e leggero, la tipica composizione delle comete più fredde e delle lune ghiacciate.

Il ghiaccio amorfo ha un particolare stato fisico, raggiunto dalle molecole di vapore acqueo a seguito di un raffreddamento rapido, a temperature molto basse, circa 30 gradi Kelvin (corrispondenti a 243 gradi °C sotto lo zero), molto vicine quindi allo zero assoluto.

A causa della rapidità del raffreddamento, gli atomi non hanno avuto il tempo di ristabilizzarsi nei reticoli cristallini. Le molecole d’acqua risultano quindi mescolate casualmente con altre molecole, quali le sostanze organiche, dando luogo a questa struttura amorfa, molto simile al vetro, con gli atomi vicini alla immobilità.

Il ghiaccio amorfo, senza forma, è paragonabile allo zucchero filato, spiega Gudipati: leggero, soffice, con numerose sacche di spazio.

Sulla Terra, il ghiaccio ha sempre una forma cristallina, perché le basse temperature non sono raggiunte in tempi tanto rapidi da consentire la formazione di ghiaccio amorfo.

Gudipati e Lignell hanno usato il loro strumento ‘Himalaya’ per riscaldare lentamente le loro miscele di ghiaccio amorfo, portandole da 30 °K a 150 °K, (- 123 °C), le condizioni in cui potrebbe trovarsi una cometa nel suo viaggio verso il Sole.

Il ghiaccio era stato mescolato con sostanze organiche, idrocarburi policiclici aromatici o IPA, che si trovano un po’ovunque, nello spazio profondo.

I risultati soni stati sorprendenti.

“Quando il ghiaccio ha iniziato a cristallizzare, gli idrocarburi sono stati espulsi come corpi estranei”, racconta Lignell. “La prima osservazione che ne deriva è che le molecole tendono a raggrupparsi a causa del passaggio di fase del ghiaccio e questo ha certamente conseguenze importanti per la chimica e la fisica del ghiaccio”.

Con gli idrocarburi espulsi dalla miscela di ghiaccio, le molecole d’acqua hanno maggiore possibilità per aggregarsi e formare le strutture regolari del ghiaccio cristallino.

“Ciò che è accaduto in laboratorio – equivalente alla formazione di crosta di una cometa insieme a sostanze organiche – corrisponde a quanto ci è stato suggerito dalle osservazioni nello spazio”, dice Gudipati. “Il gelato fritto è davvero una perfetta analogia, perché l’interno delle comete dovrebbe essere sicuramente ancora molto freddo e contenere il più leggero ghiaccio amorfo”.

La composizione delle comete è importante per capire come l’acqua e le sostanze organiche avrebbero potuto giungere sulla Terra primigenia.

I risultati della missione Rosetta indicano gli asteroidi come probabili primi portatori degli ingredienti della vita.

Sull’argomento, il mondo scientifico non ha ancora raggiunto una posizione unanime, anche se le comete, in questo processo, hanno sicuramente giocato un loro ruolo.

Per Gudipati, le comete sono capsule contenenti indizi non solo per la storia della Terra, ma che riguardano tutto il nostro Sistema solare.