La misión de caza de exoplanetas de la NASA captura un estallido natural en un cometa con un detalle sin precedentes

Utilizando datos del Satélite de Estudio de Exoplanetas en Tránsito (TESS) de la NASA , los astrónomos de la Universidad de Maryland (UMD), en College Park, Maryland, han capturado una secuencia de imágenes clara de principio a fin de una emisión explosiva de polvo, hielo y gases durante el acercamiento del cometa 46P / Wirtanen a fines de 2018. Esta es la observación más completa y detallada hasta la fecha de la formación y disipación de un estallido natural en un cometa. Los miembros del equipo informaron sus resultados en la edición del 22 de Noviembre del «The Astrophysical Journal Letters» .

Agrandar. Esta animación muestra una explosión de polvo, hielo y gases del cometa 46P / Wirtanen que ocurrió el 26 de Septiembre de 2018 y se disipó en los siguientes 20 días. Las imágenes, de la nave espacial TESS de la NASA, fueron tomadas cada tres horas durante los primeros tres días del estallido.
Créditos: Farnham et al./NASA.

“TESS pasa casi un mes tomando imágenes de una porción del cielo. Sin descansos diurnos o nocturnos y sin interferencia atmosférica, tenemos un conjunto de observaciones muy uniforme y de larga duración ”, dijo Tony Farnham , Científico Investigador del Departamento de Astronomía de la UMD y autor principal del artículo de investigación. “A medida que los cometas orbitan alrededor del Sol, pueden pasar a través del campo de visión de TESS. Wirtanen fue una alta prioridad para nosotros debido a su pasaje cercano a fines de 2018, por lo que decidimos usar su aparición en las imágenes de TESS como un caso de prueba para ver qué podríamos sacar de él. ¡Lo hicimos y quedamos muy sorprendidos! ”

 Esta imagen de colores festivos fue capturada por Tom Masterson en las primeras horas de la mañana del 17 de Diciembre de 2018, siguiendo el acercamiento máximo del cometa Wirtanen al planeta Tierra. Por su espectacularidad fue seleccionada por NASA/ APOD, para la publicación del 20 de Diciembre de 2018, con el título:» Nebulosa roja, cometa verde, estrellas azules «
Crédito: NASA / APOD / Tom Masterson (Observatorio de Grand Mesa). Publicada con permiso expreso de su autor.

«Si bien TESS es una máquina para descubrir planetas que orbitan cerca de estrellas brillantes, su estrategia de observación permite una ciencia adicional muy emocionante», dijo el Científico del Proyecto TESS Padi Boyd del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. «Dado que los datos de TESS se hacen públicos rápidamente a través del Archivo Mikulski para Telescopios Espaciales (MAST) de la NASA , es emocionante ver a los científicos identificar qué datos les interesan y luego realizar todo tipo de ciencia fortuita adicional más allá de los exoplanetas «.

La actividad normal del cometa es impulsada por la luz solar que vaporiza los hielos cerca de la superficie del núcleo, y los gases de salida arrastran el polvo del núcleo para formar la coma. Sin embargo, se sabe que muchos cometas experimentan explosiones espontáneas ocasionales que pueden aumentar significativamente, pero temporalmente, la actividad del cometa. Actualmente no se sabe qué causa los estallidos, pero están relacionados con las condiciones en la superficie del cometa. Se han propuesto una serie de posibles mecanismos de activación, incluido un evento térmico, en el que una ola de calor penetra en una bolsa de hielos altamente volátiles, lo que hace que el hielo se vaporice rápidamente y produzca una explosión de actividad, y un evento mecánico, donde un acantilado se derrumba, exponiendo hielo fresco a la luz solar directa. Por lo tanto, los estudios del comportamiento de estallido, especialmente en las primeras etapas de brillo que son difíciles de capturar, pueden ayudarnos a comprender las propiedades físicas y térmicas del cometa

Aunque el acercamiento máximo de Wirtanen a la Tierra ocurrió el 16 de Diciembre de 2018, el estallido ocurrió antes durante su aproximación, comenzando el 26 de Septiembre de 2018. El brillo inicial del estallido se produjo en dos fases distintas, con un destello de una hora seguido de un avance más gradual en una segunda etapa que continuó aumentando de brillo durante otras 8 horas. Esta segunda etapa probablemente fue causada por la extensión gradual del polvo del estallido del cometa , lo que hace que la nube de polvo refleje más luz solar en general. Después de alcanzar el brillo máximo, el cometa se desvaneció gradualmente durante un período de más de dos semanas. Debido a que TESS toma imágenes detalladas y compuestas cada 30 minutos, el equipo pudo ver cada fase con exquisito detalle.

“Con 20 días de imágenes muy frecuentes, pudimos evaluar los cambios en el brillo muy fácilmente. Para eso fue diseñado TESS, para realizar su trabajo principal como topógrafo de exoplanetas ”, dijo Farnham. “No podemos predecir cuándo ocurrirán los estallidos de cometas. Pero incluso si de alguna manera tuviéramos la oportunidad de programar estas observaciones, no podríamos haberlo hecho mejor en términos de tiempo. El estallido ocurrió pocos días después de que comenzaron las observaciones.

El equipo ha generado una estimación aproximada de cuánto material puede haber sido expulsado en el estallido, siendo alrededor de un millón de kilogramos (2,2 millones de libras), lo que podría haber dejado un cráter en el cometa de unos 20 metros (unos 65 pies) de ancho. Un análisis adicional de los tamaños estimados de las partículas en la cola de polvo puede ayudar a mejorar esta estimación. Observar más cometas también ayudará a determinar si el brillo en múltiples etapas es raro o común en los estallidos de cometas.

TESS también detectó por primera vez el rastro de polvo de Wirtanen. A diferencia de la cola de un cometa, el rocío de gas y polvo fino que sigue detrás de un cometa, que crece a medida que se acerca al Sol, el rastro de un cometa es un campo de escombros más grandes que traza la trayectoria orbital del cometa a medida que viaja alrededor del Sol. A diferencia de una cola, que cambia de dirección a medida que es arrastrada por el viento solar, la orientación del sendero se mantiene más o menos constante con el tiempo.

“El rastro sigue más de cerca la órbita del cometa, mientras que la cola está desplazada de él, ya que la presión de radiación solar lo empuja. Lo importante del recorrido es que contiene el material más grande ”, dijo Michael Kelley , científico investigador asociado en el Departamento de Astronomía de la UMD y coautor del trabajo de investigación. “El polvo de la cola es muy fino, muy parecido al humo. Pero el polvo del sendero es mucho más grande, más parecido a la arena y los guijarros. Creemos que los cometas pierden la mayor parte de su masa a través de sus rastros de polvo. Cuando la Tierra se encuentra con el rastro de polvo de un cometa, obtenemos lluvias de meteoros ”.

Si bien el estudio actual describe los resultados iniciales, Farnham, Kelley y sus colegas esperan nuevos análisis de Wirtanen, así como otros cometas en el campo de visión de TESS. «Tampoco sabemos qué causa los estallidos naturales y, en última instancia, eso es lo que queremos encontrar», dijo Farnham. “Hay al menos otros cuatro cometas en la misma área del cielo donde TESS realizó estas observaciones, con un total de aproximadamente 50 cometas esperados en los primeros dos años de datos de TESS. Hay mucho que puede venir de estos datos «.

TESS es una misión de Exploración de Astrofísica de la NASA dirigida y operada por el MIT en Cambridge, Massachusetts, y administrada por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. Los socios adicionales incluyen Northrop Grumman, con sede en Falls Church, Virginia; Centro de Investigación Ames de la NASA en el Silicon Valley de California; el Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica en Cambridge, Massachusetts; Laboratorio Lincoln del MIT; y el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore. Más de una docena de universidades, institutos de investigación y observatorios de todo el mundo participan en la misión.

Fuente: NASA Goddard Space Flight Center / TESS / University of Maryland.

Artículo original: «NASA’s Exoplanet-Hunting Mission Catches a Natural Comet Outburst in Unprecedented Detail«. Claire Andreoli, Matthew Wright. Actualizado el 5 de Diciembre, 2019.

El paper es :

First Results from TESS Observations of Comet 46P/Wirtanen
Authors: Tony L. Farnham, Michael S. P. Kelley, Matthew M. Knight, and Lori M. Feaga. Submitted to ApJ Letters.

Material relacionado:

Un comentario del paper anterior, donde se describe el sistema utilizado para procesar las imágenes de TESS para luego estudiarlas, junto al análisis de la curva de luz obtenida, revisando también otros eventos explosivos observados en otros cometas se encuentra en:

TESS ya había descubierto un cometa durante la etapa previa de calibración del instrumento antes de comenzar oficialmente su misión:

Sobre el Cometa 46P/Wirtanen y su pasaje cercano a la Tierra en 2018:

Afiche confeccionado por el Proyecto del Telescopio Virtual, anunciando la transmisión en línea del pasaje del cometa cercano a la Tierra en Diciembre de 2018.
Crédito: The Virtual Telescope Project.

El sitio de la Universidad de Maryland destinado a la campaña de observación 2018 del cometa es el más completo, contiene toda la información sobre él, además de links a sitios realcionados:

El «Planetary Science Institute»(PSI) llevó adelante una campaña de observación del cometa:

El artículo de publicado en Investigación y Ciencia sobre la observación del cometa en Diciembre 2018 desde España, contiene dos interesantes fotografías, una comparando el tamaño de la coma con el de la Luna, la otra sobre el falso núcleo del cometa, su cola iónica y un posible chorro:

El cometa 46P/ Wirtanen visible a simple vista. Joseph M. Trigo-Rodriguez. SciLogs/Investigación y Ciencia, Dic. 12, 2018.

El cometa observado con ALMA:

Comparación lado a lado entre la imagen de ALMA del cometa 46P / Wirtanen (izquierda) y la imagen óptica del mismo (derecha). La imagen de ALMA tiene aproximadamente 1000 veces más resolución que la imagen óptica y se enfoca en la parte interior de la coma difusa del cometa.
Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), M. Cordiner, NASA / CUA; Derek Demeter, Emil Buehler Planetarium.

La detección por ALMA del gas de cianuro de hidrógeno en la coma alrededor del núcleo del cometa es importante porque, si bien puede ser venenoso para muchos organismos en la Tierra hoy en día, el cianuro de hidrógeno puede haber jugado un papel importante en el comienzo de la vida en la Tierra:

Imágenes tomadas con Radar desde Arecibo:

Un equipo dirigido por la Universidad de Arizona (UA) aprovechó la oportunidad más importante durante los próximos 30 años para obtener imágenes del cometa con radar, lo que resultó en información única y sorprendente sobre el cometa 46P / Wirtanen:

Imágenes del cometa tomadas desde el aire y desde el espacio:

Colecciones de imágenes del cometa 46P/Wirtanen:

Gallery: 46P/Wirtanen. Amateur Observers’ Program (AOP), University of Arizona.

El lector puede visitar la galería de imágenes del cometa en Spaceweather, registrándose previamente:

Real Time Image Gallery. Spaceweather.

El siguiente trabajo presentado en el libro de «abstracts»en el reciente Congreso Europeo de Ciencias Planetarias celebrado en Septiembre en Suiza, da los resultados de la composición química observada en la coma del cometa y los principales conductores de la actividad del mismo, obtenidos con los instrumentos del VLT:

Curiosidades:

Sobre la misión TESS

El campo de visión de las cuatro cámaras de TESS (izquierda); un mapa de los sectores de observación de TESS, que muestra cómo cada hemisferio se ha dividido en trece sectores (centro); El tiempo de visualización de TESS para diferentes partes del cielo según la superposición de sectores (derecha). [ Ricker y col. 2015 ].

TESS, el Satélite de Prospección de Exoplanetas en Tránsito , es la misión seguiente de la exitosa misión Kepler de la NASA . TESS se lanzó a la órbita a bordo de un cohete SpaceX Falcon 9 el 18 de abril de 2018. En el transcurso de dos años, lleva a cabo un sondeo de exoplanetas que cubrirá casi todo el cielo. A diferencia de Kepler, TESS buscará planetas alrededor de estrellas brillantes y cercanas. Estas estrellas brillantes son ideales para observaciones de seguimiento con observatorios terrestres y espaciales. Las observaciones de seguimiento permitirán a los astrónomos aprender más sobre estos exoplanetas. En particular, los astrónomos esperan determinar sus masas y composiciones atmosféricas.

Es natural y necesario preguntarse, sobre todo para dar fundamentos a la misión ¿Cuál será el resultado de la misión?, en otras palabras ¿cuántos planetas encontrará TESS?

Contestando a esa pregunta, una estimación de la cantidad de planetas que descubrirá TESS durante su misión, se encuentra en el siguiente artículo, que además contiene en el apartado «Material relacionado» una selección de recursos sobre la misión:

¿Cuántos Planetas Encontrará TESS? Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. Mayo 6, 2018.

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