Sommario:

• Introduzione
• Una visione d'assieme
• La dimensione del nucleo
• I messaggi della polvere
• Molecole vecchie e nuove

C'erano davvero tutti, a Tenerife, nella Canarie, tra il 2 e il 6 Febbraio scorso per il primo grande congresso mondiale dedicato alla cometa Hale-Bopp ('First International Conference on comet Hale-Bopp'). Circa 300 scienziati, provenienti da tutti i continenti, hanno fatto il punto sugli studi relativi alla piu' importante cometa di questo secolo: e non c'e' dubbio che, dopo il congresso di Tenerife, la scienza cometaria NON e' piu' la stessa. Anche noi, come noto, eravamo presenti con due lavori. Il primo, in collaborazione con G.Schwarz (DLR-DFD Institute di Monaco) e C.B.Cosmovici (IFSI/DNR di Roma) aveva per tema 'Comet Hale-Bopp: Evolution of Jets and shells in the period August 1996-May1997' ed era dedicato all'analisi dell' l'evoluzione della luminosita' della cometa sia a breve che a lungo termine, con l'ausilio di animazioni computerizzate; il secondo era sul tema 'HB shell expansion: a CCD study ' ed era dedicato alla scoperta di una periodicita' di 20 giorni nella velocita' di espansione degli aloni spiraliformi 'che circondavano il nucleo, da noi interpretata come un effetto stagionale innescato da un moto precessionale dell'asse di rotazione della cometa. A parte pero' i nostri due lavori, il grande interesse di questo congresso e' consistito nel poter assistere direttamente alle comunicazioni di tutti i piu' grandi specialisti che, nel mondo, stanno riscrivendo la scienza cometaria (nella figura 1 abbiamo colto, davanti al nostro Poster la figura mitica del Prof. Z.Sekanina).
 

Figura 1  Il prof. Z.Sekanina ripreso davanti al nostro Poster a Tenerife.  Le ipotesi dell'illustre scienziato al congresso sulla Hale-Bopp hanno fatto molto scalpore.  Immagine più grande: 30 Kb

 
Cosi', alla vigilia della spedizione nel Mare dei Caraibi per la grande eclisse del 26 Febbraio (come noto il GAT ha scelto l'isola tropicale di Antigua) ci sembra inevitabile dedicare questa nostra lettera N.75 alle piu' importanti novita' emerse al simposio di Tenerife (dove, tra l'altro, per una settimana, abbiamo lasciato il gelido inverno italiano per un clima quasi estivo!).

Iniziamo dicendo che a Tenerife e' apparsa ormai chiara la fenomenologia che ha prodotto, nella cometa Hale-Bopp, sia i famosi getti rettilinei non rotanti e a due a due simmetrici (sempre presenti fino a Gennaio'98), sia gli shells (ovvero gli aloni elicoidali scoperti il 30 Gennaio'97 in Alta Provenza e scomparsi solo il 9 Maggio'97). Per i getti si e' confermata la teoria di Sekanina secondo cui, ogni coppia non e' nient'altro che il doppio bordo di un cono descritto da una singola zona attiva situata non lontano dal polo di rotazione della cometa. In un bel lavoro di Z.Sekanina (JPL) e di H. Boehnardt (ESO) i due autori riescono, con una opportuna collocazione di 4 getti, a simulare tutte le configurazioni fotografate a la Silla durante il 1996. Lo stacco netto di uno di questi getti, senza riscontro nella sua controparte simmetrica, osservato una prima volta (da noi e da altri) il 9 Settembre'96 e una seconda volta (a La Silla) il 2 Gennaio '98 sembrerebbe mettere in crisi questa teoria. Ma, ad una nostra esplicita domanda, Sekanina ha risposto che durante questo tipo di burst l'attivita' del getto coinvolto si interrompe per un tempo troppo breve per ingenerare la distruzione del cono di rotazione ad esso collegato. Allo stesso modo, non c'e' piu' nessun dubbio sul fatto che gli shells siano il risultato di un'emissione spiraliforme continua generata da una fonte molto intensa su un nucleo in veloce rotazione (il periodo di rotazione di 11,35 h e' ormai accettato da tutti, mentre rimangono molte discussione su un'eventuale precessione con un periodo di 18-22 giorni). Davvero spettacolare, a questo riguardo, il lavoro presentato da S.Santos (Istituto di Astrofisica delle Canarie) che, con i telescopi da 51 cm (Mons) e 1,52 cm (Carlos Sancez) in cima al Teide, e' riuscito a riprendere gli shells senza interruzione nel visibile e in infrarosso dal 31 marzo al 7 Maggio'97.
 

Figura 2  Tutti gli shells di Aprile 1997. Cortesia S.SANTOS.  Immagine più grande: 101 Kb

 
Rimangono dubbi sulla dinamica degli shells, ovvero sulla loro naturale tendenza a dilatarsi verso l'esterno: a secondo, infatti, dei filtri usati (quindi dei materiali cometari coinvolti) la velocita' di dilatazione e' risultata differente, andando da circa 0,3 km/sec ad altre 1 km/sec. Infine veramente notevole e' risultato il fatto che, allontanandosi dal Sole, la cometa ha mostrato un attivita' quasi simmetrica rispetto a prima del perielio. In particolare sono ritornati evidentissimi i getti rettilinei e si sono intensificati i burst improvvisi: il primo dopo il perielio e' avvenuto l'8 Maggio'97 (belle le immagini in proposito del gruppo di S.Garro al riflettore da 0,.8 m dell'Alta Provenza), un'altro molto vistoso e' stato ripreso in ogni dettaglio il 27 Agosto'97 dalla camera NICMOS a bordo dello Space Telescope ed ha prodotto due aloni in espansione di polvere e ghiaccio; l'ultimo, come gia' accennato, e' stato scoperto a La Silla il 2 Gennaio '98. Secondo Sekanina e' possibile che esista una periodicita' di una ventina di giorni nell'esplosione di questi bursts: se cosi' fosse questo potrebbe essere l'indizio di un qualche tipo di fenomeno precessionale. Fenomeno precessionale che anche noi invochiamo per spiegare un apparente variazione ritmica della velocita' di espansione degli shells da noi misurata tra Febbraio e Maggio'97.
In generale tutti sono d'accordo nel riconoscere che Hale-Bopp e' stata una delle comete PIU' POLVEROSE della storia: per esempio M.C. Senay (Universita' del Massachusett) con l'antenna da 14 metri del FCRAO (Five College Radio Astronomy Observatory) ed un bolometro tarato tra 1 e 2 mm di lunghezza d'onda, ha compiuto importanti misure spettrali dalle quali e' emersa, alla fine di febbraio'97, una espulsione di polvere di 3,2.105 Kg/sec. Considerando che, nello stesso periodo, le misure infrarosse del gruppo di N.Dello Russo al telescopio IRTF delle Hawaii hanno indicato una produzione di acqua di circa 4.1030 mol/sec, se ne ricava un rapporto polvere/gas=3,5, il piu' alto che si sia mai trovato in una cometa (dove, in media, questo rapporto si colloca attorno a 0,2-0,3). Questi dati sono stati confermati da un lungo studio condotto dal gruppo di D.G. Schleicher (Lowell Observatory) tra il Luglio'95 e il Maggio '97: in base ad una ricerca estesa in 21 anni su oltre 100 comete e' infatti risultato che la produttivita' della Hale-Bopp era 100 volte maggiore alla Halley per quanto riguarda la polvere (alla scoperta la HB ne produceva gia' come la Halley al perielio!) e 20 volte per quanto riguarda il gas. Tra questi gas il componente principale era il CO (ossido di Carbonio) la cui quantita' misurata sia nel radio che da J.B. McPhote con uno spettrometro UV a bordo di un missile (il 6 Aprile '97) e' risultata del 20% risopetto all'acqua e non differente dalla Halley.

Questo problema e' stato lungamente dibattuto a Tenerife, senza, tuttavia, che si raggiungesse una concordanza di opinioni. E questo per una ragione fondamentale: nonostante le grandi dimensioni Hale-Bopp e' passata troppo lontana dalla Terra perche' il suo nucleo potesse essere risolto nell'ottico (Space Telescope, Ottiche adattive) o mediante riflessione radio (come per esempio l'asteroide Toutatis). Sta di fatto che H.A. Weaver (Johns Hopkins University), ha dedicato una conferenza plenaria a tutte le tecniche che sono state tentate: tra queste la produzione globale di gas e polvere, l'interferometria millimetrica al perielio, l'occultazione di una stella nell'Ottobre 1996 immagini dallo Space Telescope (HST) nell'Ottico (sei immagini dal 23 Ottobre'95 al 17 Ottobre'96) e in infrarosso a 10 µ con la nuova camera NICMOS (Ottobre'97). Con un risultato piuttosto sconcertante: il riesame delle immagini ottiche dell'HST ha ridotto la stima del diametro da 45 a circa 30 Km, mentre il diametro stesso e' stato incrementato fino a 70 Km dallo studio delle ultimissime immagini infrarosse! Questa seconda stima risulta anche in accordo con un approccio completamente diverso applicato da Z.Sekanina a cinque immagini riprese da HST nella seconda meta' del 1996 (20 Maggio, 22 Giugno, 25 luglio, 23 Settembre e 17 Ottobre). Il titolo della relativa comunicazione ('Rivelazione di un satellite in orbita attorno al nucleo della Hale-Bopp') ne ha giustificato appieno la grande attesa ed anche le feroci polemiche che ne sono seguite. In pratica Sekanina ha mostrato come, dalla misura delle variazioni di luminosita' attorno alla regione nucleare, sia possibile postulare la presenza di un satellite del diametro di circa 30 Km orbitante, a 180 Km e con un periodo di 2-3 giorni, attorno ad un nucleo principale le cui dimensioni devono essere di almeno 70 Km per giustificare la stabilita' del satellite stesso! Ma Sekanina non si e' fermato qui. Ha infatti mostrato come questo presunto satellite assumesse posizioni sempre diverse in funzione delle date in cui erano state prese le immagini. Addirittura, in un'immagine del 20 maggio'96, sembra che compaia anche un secondo satellite molto piu' piccolo del precedente! Che dire a commento di simile clamorosa possibilita'? Ben poco se non che lo stesso Sekanina, da noi direttamente interpellato in proposito, si e' limitato a rispondere in maniera a dir poco lapidaria: " Non prendevela con me, bensi' con le leggi della matematica che hanno permesso di visualizzare il satellite mediante opportuna elaborazione delle immagini!" Sta di fatto che, tre giorni dopo, a pochi minuti dalla conclusione del Congresso, R.West (lo scopritore, nel 1976, dell'ultima grande cometa prima della Hale-Bopp) durante la sua splendida relazione di sintesi dei risultati emersi nei giorni precedenti, ha di nuovo scosso l'auditorio: in una serie di immagini infrarosse della cometa riprese il 6 Novembre'97 dal telescopio NTT di La Silla, la particolare elaborazione permessa dalle ottiche adattive, mostrava la zona nucleare nettamente dominata da due componenti quasi sovrapposte. Un artefatto? Forse, ma, di sicuro un documento ulteriore su cui si sta ancora lavorando con grande attenzione.
 

Figura 3  La cometa ha un satellite? Cortesia Z.SEKANINA  Immagine più grande: 41 Kb

 

Figura 4  Posizioni del presunto satellite nel 1996. Cortesia Z.SEKANINA  Immagine più grande: 28 Kb

 

Un indizio fondamentale della grande polverosita' della Hale-Bopp e' stato un eccezionale grado di polarizzazione (leggi: oscillazione su un piano ben definito al posto che su un angolo di 360°) della radiazione emessa dalla cometa. Le misure piu' importanti sono state effettuate in infrarosso in Giappone dal gruppo di H.Hasegawa, presso l'Osservatorio Kiso: la polarizzazione e' aumentata fino al 20% a cavallo del perielio per ridiscendere attorno al 5% verso la meta di Aprile'97 (per la Halley vennero misurati valori 5 volte inferiori). In aggiunta a questi dati, il gruppo di E.Hadancik (Universita' di Parigi), lavorando prima al riflettore da 2 metri del Pic du Midi (Giugno-Settembre'96) e poi al riflettore da 0,8m dell'Alta Provenza, ha potuto localizzare negli shell la regione dove si e' prodotta la massima polarizzazione. A questo riguardo, con un filtro polarizzatore applicato al riflettore da 1 metro dell'Osservatorio di Pino Torinese, P.Tanga ha potuto dimostrare che, in Aprile i sistemi elicoidali di shells dovevano essere almeno due: a dimostrarlo era la presenza di due ben distinti valori nella polarizzazione misurata.
 

Figura 5  Due spirali sovrapposte? Cortesia P.TANGA, osservatorio astronomico di Torino  Immagine più grande: 63 Kb

 
Per quanto riguarda la natura chimica della componente polverosa della cometa, non ci sono dubbi sul fatto che a predominare era la natura silicatica, in parte amorfa e in parte cristallina, con una piccola quantita' di materia carboniosa, fonte primaria del classico radicale CN.
La natura silicatica della polvere e' stata dimostrata da studi spettroscopici in infrarosso sia da Terra (IRTF, UKIRT) che dallo spazio (ISO). J. Crovisier (Osservatorio di Parigi-Meudon) ha mostrato gli spettri tra 2,4 e 200 µ ottenuti dal satellite ISO nell'Aprile e Settembre-Ottobre'96 e nel Dicembre'97. Su un continuo dovuto a polvere amorfa, si sovrapponevano le tipiche bande di emissione dell' olivina cristallina ricca di magnesio (fosterite). Tra queste la banda classica a 11,2 µ e' stata piu' volte individuata anche in spettri ripresi da Terra. Molto interessante il fatto che, esclusivamente a cavallo del perielio, il gruppo di D.Wooden ha individuato anche i due intensi picchi a 9,3 e 10µ del pirosseno cristallino. La scoperta di Olivina e Pirosseno ha implicazioni non indifferenti per quanto riguarda la genesi della cometa: trattandosi infatti di minerali che si possono formare solo ad alta temperatura, siamo costretti ad ammettere che il materiale costituente le comete abbia subito, in un certo momento, un intenso riscaldamento da parte della stella centrale.
Ma dagli spettri infrarossi e' stato anche possibile misurare la temperatura delle polveri della cometa. L'ha fatto il gruppo di B.Pesche con ISO lontano dal perielio e S.Hammer (JPL) ad un mese dal perielio. Per ragioni ancora da chiarire, si e' sempre ritrovata una temperatura delle polveri sistematicamente maggiore di quanto richiesto da un corpo nero alla stessa distanza dal Sole: addirittura, il 20 Febbraio'97, a 1,1 U.A. dal Sole, la temperatura a raggiunto i 200°C!. Che sia questa la ragione per cui la velocita' del materiale che si staccava dalla cometa era decisamente maggiore di quanto calcolato teoricamente?.
 

Figura 6  Polvere più calda del previsto. Cortesia S.HAMMER  Immagine più grande: 22 Kb

 
Sempre a riguardo della polvere altre due cose sono risultate di grande interesse: il collegamento col radicale CN e con l'emissione di raggi X.
Sulla relazione tra polvere e CN ha lavorato il gruppo di A.Cochram (Universita' del Texas) riprendendo spettri per ben 30 notti prima e dopo il perielio, col riflettore da 2,7 metri dell'Osservatorio McDonald: e' risultato chiaro che, con piu' era abbondante la polvere con piu' cresceva il tenore di CN (oltre che di C2, C3 e CH). Secondo le misure effettuate da D.Schleicher all'Osservatorio di Perth, sia CN che C2 hanno raggiunto, al perielio, una quantita' dello 0,5% rispetto all'acqua. Da qui l'ipotesi di M.C.Testou (Pic du Midi) che sia il C2N2 (cianogeno) il loro antenato comune mescolato alla polvere.
Ma. forse, la dimostrazione piu' eclatante del collegamento tra CN e polveri sta nella somiglianza morfologica tra strutture di varia natura riprese nel visibile e nella banda del CN. Sensazionali, al riguardo, sono state le immagini degli shells realizzate poco prima del perielio da S.Larson al riflettore da 1,5 metri dell'Osservatorio Catalina, in Arizona. In esse la meta' degli shells illuminata dal Sole appare perfettamente individuabile anche nella banda del CN. Ma c'e' di piu': nella banda del CN gli shells sono perfettamente visibili anche nella regione non illuminata, il che ne dimostra in maniera inequivocabile la struttura elicoidale continua.
 

Figura 7  Shell nel visibile (sinistra) e nel CN (destra). Cortesia S.LARSON.  Immagine più grande: 68 Kb

 
Piu' in generale si puo' dire che, mentre la polvere tende ad attenuarsi quando la relativa sorgente entra in ombra, questo in genere non succede per i gas. Lo dimostra un altro splendido lavoro di S.M. Lenderer (Universita' della Florida) effettuato tra Marzo e Aprile'97 all'Osservatorio Lowell e relativo allo studio degli shells con vari filtri centrati sull'emissione dell'OH, NH,C2,C3 e CN: in queste bande infatti (a differenza che nel visibile) gli shell hanno sempre dimostrato una completa continuita' (sia diurna che notturna). Una cosa veramente fantastica!

Passiamo ora alla relazione tra raggi X e polvere. Intanto ricordiamo che vari satelliti (BeppoSAX, ROSAT, EUVE) hanno rilevato anche per Hale-Bopp (dopo Hyakutake) emissione di raggi X dalla chioma. BeppoSAX ha fatto queste misure tra il 10 e l'11 Settembre'96, ritrovando un aumento di quasi 5 volte rispetto a quanto misurato da EUVE 4 giorni prima. Su queste basi un folto gruppo guidato da R.Schulz (ESA/ESTEC), in una delle relazioni piu' interessanti dell'intero convegno, sembra abbia individuato un chiaro collegamento tra polvere ed emissione X della cometa. Il fatto e' che, come gia' ricordato, il giorno prima delle misure di BeppoSAX (il 9 Settembre'96) la cometa venne sconvolta da un violento burst studiato in ogni dettaglio da R.Schulz e il suo gruppo a La Silla. Le immagini riprese durante il mese di Settembre hanno mostrato un guscio elicoidale di materiale in progressiva espansione: le misure hanno indicato un aumento di ben 7 volte della polvere (rimasta visibile sino al 17 Settembre con una velocita di espansione di circa 200 m/sec)) ed un contemporaneo aumento di 4 volte del CN (rimasto visibile fino al 13 Settembre ma con una velocita' di espansione di 600 m/sec). Ebbene la maggior parte di questa polvere si e' accumulata a circa 90° dalla direzione solare, esattamente dove era massima l'emissione di raggi X evidenziata da BeppoSAX. Sembra quindi confermata la teoria secondo cui i raggi X delle comete sarebbero nient'altro che i raggi X solari diffusi dalle polveri. Per contro la seconda teoria, basata sul trasferimento di carica da ioni solari pesanti a nuclei atomici cometari, sembrerebbe perdere di valore.
 

Figura 8  Anello di polvere in allontanamento dal nucleo dopo il grande burst del 9 settembre 1996. Cortesia R.SCHULZ.  Immagine più grande: 52 Kb

 

D.Bockelèe (Oss. Parigi-Meudon) ha mostrato, in una splendida comunicazione, come la diminuzione di H2O e CO DOPO il perielio sia stata assolutamente regolare, senza i rallentamenti osservati PRIMA del perielio (vedi Lettera N.72: allora il fenomeno venne attribuito alla variazione di porosita' del ghiaccio superficiale nella trasformazione termica da amorfo a cristallino; adesso, a trasformazione di fase avvenuta, la diminuzione delle emissioni gassose non poteva che ritornare del tutto regolare!
Nella Hale-Bopp sono state individuate ben 28 molecole nuove nel radio dopo le 14 della Hyakutake. Tra queste, secondo uno bellissimo studio condotto dal gruppo di D. Bockelèe al radiotelescopio IRAM di Pico Velata tra Marzo e Maggio'97, alcune molecole totalmente nuove per una cometa e di grande importanza bioastronomica: SO2 (0,1% rispetto all'H20), H2CS (0,2%), HCOOH (acido formico: 0,06%), NH2CHO (formamide: 0,01%), HCOOCH3 (formiato di metile: 0,06%).
Sempre nel radio il gruppo di D.C.Lis (CSO, ossia Caltech Submillimeter Observatory) ha studiato a fondo tra Febbraio e Aprile '97 l'andamento della quantita' di acido isocianico (HNC) rispetto al piu' stabile acido cianidrico (HCN = 0,18% rispetto all'acqua). A differenza che nella Hyakutake dove l'HNC e' sempre rimasto attorno al livello tipico dello spazio intertellare (6% rispetto all'HCN), nella Hale-Bopp questa% relativa e' progressivamente cresciuto fino al 25% al perielio, per poi ridiscendere ai valori normali. Da qui l'idea di W.Irvine (Univ. del Massachuset) secondo cui ci deve essere una produzione locale di HNC nella chioma, che parte dalla reazione tra HCN e H30+ e coinvolge anche la molecola dell'NH3 (ammoniaca). Non a caso, proprio l' ammoniaca e' stata una delle molecole individuate con miglior successo: M.K.Bird (Max Planck Institute) tra il 13 Marzo e il 2 Aprile ne ha misurato al radiotelescopio da 100 metri di Effelsfberg una quantita' di 1-1,8% rispetto all'acqua. Meno di un mese dopo questa quantita' (secondo le misure di J.Mumma in Infrarosso all'IRTF delle Hawaii) si era gia' ridotta allo 0,7%. Sempre il infrarosso, con lo stesso strumento, sono stati rivelati gli stessi idrocarburi leggeri della Hyakutake (Metano CH4, Etano C2H6, etilene C2H2). Un discorso tutto particolare meriterebbe la formaldeide HCHO (1,3% rispetto all'acqua) ma, purtroppo, la ristrettezza dello spazio ce lo impedisce. Limitiamoci a ricordare che, secondo uno studio condotto dal gruppo di J.Wink al radiotelescopio IRAM tra il 6 e il 22 Marzo'97 e dal gruppo di J.Lovell fino a Giugno con l'antenna da 14 metri dell'Osservatorio FCRAO, la HCHO non deriverebbe dal nucleo, ma da una qualche molecola piu' complessa presente nella chioma: e' infatti praticamente assente fino a 50.000 Km dal nucleo, per concentrarsi invece in un alone a partire da 100.000 Km dal nucleo. IL fatto che l'HCHO si addensi laddove l'acqua comincia a diminuire, sembrerebbe testimoniare un coinvolgimento dell'acqua nella decomposizione della HCHO vicino al nucleo. Infine un ultima cosa: tra le molecole nuove si collocano anche NaOH (soda) ed NaCl (Cloruro di Sodio). Sembrerebbero queste le ancora misteriose fonti di sodio neutro all'origine della clamorosa scoperta del gruppo di G.Cremonese, di una coda di sodio veloce a lato della coda di plasma della cometa.

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