Quaoar e l'anello impossibile: il piccolo mondo del Sistema Solare che rompe una regola di fisica vecchia di 175 anni

Tra Plutone e i confini del Sistema Solare orbita un piccolo corpo celeste con un nome che viene dalla mitologia dei nativi americani Tongva: Quaoar, scoperto da Chad Trujillo e Michael Brown al Palomar Observatory l'8 giugno 2002. È un oggetto trans-nettuniano (TNO) di 1.110 chilometri di diametro, circa la metà di Plutone, in orbita quasi circolare a 43 unità astronomiche dal Sole. Per vent'anni Quaoar è rimasto un mondo dimenticato di periferia. Poi, nel febbraio 2023, una pubblicazione sulla rivista Nature ha cambiato la prospettiva: attorno a quel piccolo corpo c'è un anello che non dovrebbe esserci.

Una scoperta per occultazione

Il team che ha fatto la scoperta è coordinato da Bruno Sicardy dell'Observatoire de Paris-PSL e Sorbonne Université, ed è nato nel quadro del progetto European Research Council "Lucky Star". La tecnica usata si chiama occultazione stellare: quando Quaoar passa davanti a una stella sufficientemente luminosa, gli osservatori in Terra registrano l'oscuramento momentaneo. Dal profilo dell'eclissi — misurato con precisione al millisecondo — si ricostruiscono diametro, atmosfera ed eventuali strutture circostanti. La pubblicazione su Nature 614, 239-243 firmata da Morgado, Sicardy e collaboratori unisce dati raccolti tra il 2018 e il 2021 da telescopi diversissimi: il robotico HESS in Namibia, il Gran Telescopio Canarias di La Palma, il satellite CHEOPS dell'ESA in orbita terrestre e una rete di stazioni amatoriali in Australia.

Il limite di Roche, e perché dovrebbe valere

Nel 1849 il matematico francese Édouard Albert Roche dimostrò che esiste una distanza minima dentro la quale un satellite tenuto insieme dalla sola gravità viene letteralmente smembrato dalle forze di marea del pianeta. Sopra quella distanza, viceversa, eventuali detriti tendono ad aggregarsi e formare lune. Da 175 anni il limite di Roche è usato per spiegare la posizione dei principali anelli del Sistema Solare: gli anelli di Saturno, Urano, Nettuno e Giove sono tutti dentro il rispettivo limite. Quello di Quaoar è stimato a circa 1,8 raggi planetari (~ 1.000 chilometri dalla superficie). L'anello osservato da Sicardy e colleghi orbita a 7,4 raggi planetari, cioè quattro volte oltre il limite di Roche. Detto altrimenti: tutta la materia che vediamo dovrebbe già essersi compattata in una piccola luna, e invece resta dispersa in una struttura sottile e ben definita.

L'ipotesi della collisione elastica

Come spiegare l'anomalia? Nel paper su Nature il team propone una via di uscita: simulazioni numeriche di collisioni elastiche tra le particelle dell'anello. Quando due granelli si urtano, normalmente perdono energia cinetica e tendono a fondersi: se però gli urti sono molto elastici (come palline di gomma), l'energia non si dissipa e le particelle continuano a rimbalzare invece di aggregarsi. Esperimenti di laboratorio condotti dall'Università di Birmingham e descritti dall'ateneo indicano che, alla temperatura tipica della cintura di Kuiper (intorno a 40 kelvin), il ghiaccio d'acqua si comporta proprio come un materiale a basso coefficiente di restituzione anelastica. In sostanza: i grani d'anello sono palline ghiacciate che rimbalzano e basta. Per quanto a lungo? È la domanda aperta del momento.

Un secondo anello, e una possibile luna

L'aprile 2023 ha portato un colpo di scena. Una pubblicazione sulla rivista Astronomy & Astrophysics firmata da Pereira, Sicardy e altri ha annunciato la scoperta di un secondo anello attorno a Quaoar, denominato Q2R, più interno del primo (Q1R) ma comunque oltre il limite di Roche, a 4,1 raggi planetari. Esiste inoltre Weywot, una piccola luna scoperta da Brown nel 2007 che orbita a circa 13.300 chilometri da Quaoar. La presenza di una luna fuori dal limite e di due anelli sempre fuori dal limite suggerisce un sistema dinamicamente attivo e relativamente recente, con materiale forse rilasciato da un impatto cometario tra le ultime decine di milioni di anni. Bruno Sicardy ha dichiarato all'Scientific American: "Nulla impedisce a Quaoar di avere un anello dentro il limite di Roche, ma osserviamo l'opposto. Questo significa che dobbiamo rivedere le nostre teorie".

La famiglia dei TNO con anelli si allarga

Quaoar non è il primo TNO con anelli scoperti per occultazione: nel 2014 Chariklo, nel 2017 Haumea avevano già svelato analoghe strutture. Ma in entrambi i casi gli anelli erano vicini, dentro il limite di Roche. Quaoar è il primo (e per il momento unico) a sfidare apertamente la regola. La scheda dell'ESA dedica al risultato un articolo divulgativo, mentre il satellite CHEOPS, originariamente concepito per studiare esopianeti, ha trovato una nuova vita inseguendo gli anelli del Sistema Solare. La cintura di Kuiper, fino a ieri considerata un cimitero di mondi ghiacciati, sta rivelando una geriatrica ricca di geologia attiva. La prossima opportunità di occultazione di Quaoar è già in calendario per ottobre 2026: il team di Sicardy promette ulteriori sorprese.