Nel remoto spazio oltre Nettuno, dove orbitano i frammenti ghiacciati rimasti dalla formazione del Sistema Solare, circa un decimo dei corpi celesti presenta una caratteristica peculiare: una forma che ricorda quella di un pupazzo di neve, con due sezioni arrotondate unite tra loro. Per decenni questa conformazione ha rappresentato un enigma per gli astronomi, ma una nuova simulazione sviluppata presso la Michigan State University offre finalmente una spiegazione convincente basata su un processo sorprendentemente semplice: il collasso gravitazionale.
Jackson Barnes, studente di dottorato della MSU, ha sviluppato il primo modello computazionale in grado di riprodurre naturalmente queste strutture bilobate attraverso meccanismi gravitazionali. I risultati, pubblicati sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, rappresentano un avanzamento significativo nella comprensione della formazione dei planetesimi, quei corpi celesti primordiali considerati i mattoni fondamentali da cui si sono assemblati i pianeti.
La chiave del successo della simulazione risiede nell'abbandono di una semplificazione utilizzata nei modelli precedenti. Fino ad oggi, i ricercatori trattavano gli impatti tra corpi celesti come se fossero masse fluide che si fondevano in sfere uniformi. Questo approccio, sebbene computazionalmente più semplice, impediva di riprodurre le forme bipartite osservate nei contact binaries, termine tecnico con cui gli astronomi definiscono questi oggetti costituiti da due lobi connessi. Barnes ha invece creato un ambiente digitale più realistico, sfruttando le potenzialità del cluster di calcolo ad alte prestazioni dell'Institute for Cyber-Enabled Research della MSU, in cui gli oggetti in formazione mantengono la loro integrità strutturale e possono quindi adagiarsi l'uno contro l'altro senza fondersi completamente.
Il processo ricostruito dalla simulazione inizia nelle fasi primordiali del Sistema Solare, quando nubi di polvere e particelle ghiacciate ruotavano attorno al giovane Sole. Analogamente a come i fiocchi di neve si aggregano formando palle di neve sempre più grandi, minuscole particelle venivano attratte dalla gravità formando ammassi progressivamente più massicci. Durante il collasso di queste nubi rotanti, il materiale poteva suddividersi in due corpi separati che iniziavano a orbitare l'uno intorno all'altro come sistemi binari. Nel corso di milioni di anni, la coppia di planetesimi spiralizzava gradualmente verso l'interno, fino a quando i due oggetti entravano delicatamente in contatto e si univano, preservando le loro forme arrotondate originali e creando la caratteristica silhouette a pupazzo di neve.
L'interesse scientifico verso questi oggetti peculiari è esploso nel gennaio 2019, quando la sonda New Horizons della NASA ha catturato immagini ravvicinate di un contact binary durante il suo passaggio nella Fascia di Kuiper. Quelle fotografie hanno spinto gli scienziati a esaminare con maggiore attenzione altri oggetti della regione, rivelando che questa morfologia è tutt'altro che eccezionale. La Fascia di Kuiper, situata oltre l'orbita di Nettuno, rappresenta una sorta di museo cosmico: una regione scarsamente popolata dove orbitano relitti ghiacciati risalenti ai primi giorni del Sistema Solare, tra cui pianeti nani come Plutone, comete e innumerevoli planetesimi.
La stabilità a lungo termine di queste strutture bilobate, che possono rimanere intatte per miliardi di anni, deriva proprio dalle caratteristiche dell'ambiente in cui si trovano. Nella remota Fascia di Kuiper le collisioni sono eventi estremamente rari. Senza impatti disruptivi, non esiste alcun meccanismo in grado di separare i due lobi una volta uniti. Non a caso, molti di questi oggetti binari mostrano pochissimi crateri da impatto sulla loro superficie, testimonianza della loro esistenza indisturbata.
Ipotesi alternative proposte in passato per spiegare la formazione dei contact binaries si basavano su eventi cosmici rari o condizioni ambientali inusuali. Sebbene tecnicamente possibili, tali scenari non potevano giustificare la relativa abbondanza di questi oggetti. Il collasso gravitazionale, al contrario, rappresenta un processo naturale e comune, perfettamente coerente con le osservazioni astronomiche. Secondo Barnes, la ricerca dimostra che "siamo in grado di testare questa ipotesi per la prima volta in modo rigoroso. È ciò che rende questo lavoro così entusiasmante".
Il modello sviluppato potrebbe estendere la sua applicabilità anche a sistemi più complessi, composti da tre o più oggetti connessi. Il team della MSU sta attualmente lavorando a una versione migliorata della simulazione per rappresentare con maggiore fedeltà il comportamento delle nubi in collasso. Con le future missioni NASA destinate a esplorare le regioni più remote del Sistema Solare, Jacobson e Barnes prevedono che verranno scoperti molti altri mondi dalla forma di pupazzo di neve, offrendo ulteriori opportunità per verificare e raffinare i modelli teorici sulla formazione planetaria.
