El siguiente es un resúmen preparado por Will Saunders del siguiente trabajo:
Autores: K. Arimatsu et al.
Instituciones del primer autor: Observatorio Astronómico Nacional de Japón, Tokio, Japón; Observatorio Astronómico, Graduate School of Science, Kyoto University, Kyoto, Japón.
Estado : Publicado en Nature Astronomy, acceso cerrado.
Impresión artística del objeto recién descubierto.
Tamaño original (1.8MB) . Crédito: Ko Arimatsu.
La detección de pequeños objetos del Cinturón de Kuiper (KBOs) es un desafío incluso con telescopios de última generación y sondeos de colaboración masivas. Un pequeño punto en un CCD podría ser un KBO, un rayo cósmico, un asteroide o cualquier otra cosa. Distinguir un KBO de las alternativas requiere muchas noches de imágenes sucesivas de los mismos objetos. Y los instrumentos astronómicos son caros, cuestan más de decenas de millones de dólares.
Sin embargo, el documento en este Astrobite detalla cómo dos telescopios aficionados que cuestan solo $ 32,000 descubrieron el primer KBO de aproximadamente 2 km de diámetro. El objetivo del trabajo no es competir directamente con sondeos astronómicos masivos, sino demostrar que la investigación innovadora se puede hacer a un costo significativamente menor.
¿Cómo encuentras un KBO? No los busques.
Hay dos métodos para detectar KBOs: detección directa y ocultaciones estelares. La detección directa utiliza telescopios potentes y se basa en la medición de movimientos leves de KBO en diferentes noches de observación. El término “detección directa” en realidad es algo engañoso porque estos objetos están demasiado lejos y son demasiado pequeños para ser resueltos por el telescopio. Cada telescopio tiene una función de dispersión de puntos , que determina cómo un punto exacto de luz que golpea el telescopio se “difumina” en una imagen. La mayoría de los KBOs están tan lejos y son tan pequeños que solo miran la función de dispersión de puntos: no se puede ver la forma o el tamaño real de ellos.
Una ocultación estelar es una forma de detección indirecta . Para encontrar un KBO usando la técnica de ocultación estelar, los telescopios toman imágenes de alta velocidad de grandes porciones del cielo, monitoreando el flujo de muchas estrellas. Estas mediciones de flujo se convierten en curvas de luz, que muestran un flujo de 1 para el brillo de fondo de una estrella y bajan hacia 0 si la luz de la estrella disminuye. Ocasionalmente, las curvas de luz estelares se sumergen repentinamente en el flujo, lo que puede indicar que un KBO ha pasado frente a la estrella. En otras palabras, la Tierra cae a la sombra de un KBO . Esta técnica es similar al método de detección de tránsito utilizado por los astrónomos que buscan exoplanetas.
Figura 1 . Las cuerdas de ocultación de Ultima Thule permitieron a los astrónomos determinar su forma antes de que New Horizons pasara por allí.
Crédito de imagen: NASA / JHUAPL / SwRI .
Al medir cuánto dura una ocultación estelar, los investigadores pueden usar la velocidad de la Tierra para calcular el tamaño de una “cuerda” a través del KBO. La Figura 1 muestra ejemplos de muchos acordes en el KBO (486958) 2014 MU 69 , también conocido como Ultima Thule. Cada acorde es el camino de una estrella bloqueada por el KBO. Con muchos acordes de Ultima Thule, los astrónomos pudieron determinar su forma de “muñeco de nieve” antes del sobrevuelo de New Horizons a principios de 2019 .
Otro beneficio importante de las ocultaciones estelares es que la resolución está limitada solo por la frecuencia de las imágenes. La calidad de la cámara ya no importa.
Bajo costo pero alta eficiencia.
Figura 2. (a) Curva de luz de la estrella con ocultación del candidato KBO.
(segundo). Zoom sobre ocultación. Los dos telescopios OASES en rojo y azul, lo que indica que esta caída de flujo no es causada por un error del instrumento.
Figura 2 en el documento.
Los autores del artículo de hoy diseñaron los Autotelescopios Organizados para el Sondeo de Eventos Fortuitos (Organized Autotelescopes for Serendipitous Event Survey, OASES) para detectar KBOs pequeños a bajo costo. Los dos telescopios OASES, en la isla de Miyako en Japón, operaron desde Junio de 2016 hasta Julio de 2017, tomando imágenes de alta velocidad del cielo todas las noches e identificando candidatos a KBOs cada vez que el flujo de una estrella se sumergía por debajo del nivel de fondo de la imagen. La Figura 2 muestra un ejemplo de una de estas inmersiones, que dura mucho menos de un segundo pero es detectada por ambos instrumentos simultáneamente (azul y rojo). Cuando ambos telescopios muestran las mismas inmersiones al mismo tiempo, significa que la inmersión no fue causada por errores en el telescopio o el CCD: la luz se atenuó por un momento.
Las inmersiones simultáneas de flujo aún no son suficientes para que estos investigadores digan que esto es una ocultación. La luz de las estrellas fluctúa debido al centelleo en la atmósfera de la Tierra , que cambia constantemente la densidad y los patrones de viento. Para excluir los efectos atmosféricos como la causa de la disminución del flujo, los autores observaron cuatro estrellas cercanas al mismo tiempo para ver si su luz fluctuaba. La Figura 3 muestra la comparación de las cinco estrellas, indicando que solo una estrella cambió durante el evento. Así es como los autores pueden concluir que las caídas fueron muy probablemente una ocultación por parte de un KBO.
Un KBO especial.
Figura 3. (a) Estrella candidata a la ocultación y cuatro estrellas cercanas.
La línea discontinua es el área más grande del cielo que una perturbación atmosférica podría afectar simultáneamente. (segundo). Curvas de luz de las cinco estrellas. Tenga en cuenta que solo una estrella muestra la caída del flujo, lo que indica que los efectos atmosféricos no causaron esta caída, un KBO muy probablemente sí.
Figura 3 en el documento.
En total, los autores encontraron 2431 candidatos, pero la gran mayoría de estos son falsos positivos, descartados al comparar los dos telescopios y las estrellas de campo cercanas. Para el único KBO real detectado, su curva de luz se ajustó a un modelo, que se muestra en negro en la Figura 2, lo que permite a los investigadores calcular el parámetro de impacto y estimar el diámetro. El parámetro de impacto es la distancia desde el acorde de ocultación hasta el centro del KBO, suponiendo que sea esféricamente simétrico. Debido a que solo tienen un acorde de ocultación, los autores no pueden determinar la forma del KBO. Sin embargo, pueden usar la aproximación esférica para determinar su diámetro y la velocidad orbital de la Tierra para determinar su distancia.
Descubrieron que el KBO estaba a unas 33 UA del Sol con un diámetro de aproximadamente 2.6 km, lo que lo convierte en el primer KBO de aproximadamente un kilómetro descubierto. Muchas ocultaciones de KBOs pequeños han sido descubiertas por ocultaciones estelares, pero encontrar un KBO de un kilómetro es de alguna manera más desafiante. Cuanto más pequeño es un objeto en el Sistema Solar, más de ellos hay, lo que significa más oportunidades para ocultaciones estelares fortuitas. Este es otro indicador de que la configuración y diseño de OASES tiene la capacidad de realizar Astronomía de alto impacto.
De hecho, este descubrimiento reafirmó la relación entre el tamaño y la población de KBO. La teoría predice que el número de KBO aumenta con la disminución del radio, siguiendo una ley de potencia con un exponente alrededor de 3 . Eso significa, por ejemplo, que hay aproximadamente ocho veces más KBO de 1 km de radio que de 2 km de radio. El acuerdo con la literatura previa les dio a los autores más confianza en que su detección y metodología son sólidas.
OASES, como prueba de concepto, demuestra que la Astronomía de alta frecuencia y bajo costo ciertamente tiene el potencial de nuevos descubrimientos. Los autores tienen la intención de continuar mejorando su encuesta e integrarla con campañas de ciencia ciudadana para descubrir más KBO.
Fuente: astrobites.
Artículo original:
Looking at Stars but Seeing the Kuiper Belt. Will Saunders. astrobites. Aug 29, 2019. Daily Paper Summaries.
Material relacionado:
Sobre la importancia de los KBOs (Objetos del Cinturón de Kuiper) de tamaños del orden de 1km:
Otra presentación de la noticia del artículo, pero haciendo énfasis en su importancia en la teoría de la formación planetaria: Se predijo la existencia de los cuerpos del tamaño de un kilómetro, como el descrito en el siguiente artículo, durante más de 70 años. Estos objetos actuaron como un paso importante en el proceso de formación planetaria y constituyen el paso intermedio entre las pequeñas amalgamaciones iniciales de polvo y hielo y los planetas que vemos hoy:
- Encontrado eslabón perdido de la Formación de Planetas, con telescopios para aficionados. Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. Enero 13, 2019.
Sobre la importancia de las ocultaciones como herramienta de investigación en Astronomía:
Los siguientes artículos son ejemplos notables de ello:
El siguiente artículo contiene en su apartado “Material relacionado”, la campaña de ocultación de Ultima Thule realizada en la Patagonia y también otra ocultación del mismo objeto observada desde el aire con SOFIA:
- La caza está lista para lunas alrededor de Ultima Thule. Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. Enero 5, 2019.
En el apartado “Material relacionado” de este artículo, se encuentran otros ejemplos notables de hallazgos con ocultaciones, asi como una bibliografía al respecto, links a sitios importantes y videos de Conferencias y Charlas Públicas:
- Capturando una ocultación y una instantánea de la atmósfera de Plutón. Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. Agosto 24, 2018.
Curiosidades:
Un caso detectivesco que encuentra testigos de una sacudida temprana en el Sistema Solar.
Esta animación muestra cómo el par de asteroides Patroclus-Menoetius orbita uno alrededor del otro mientras giran alrededor del Sol en tándem con Júpiter. Los científicos del SwRI postulan que una sacudida gigante del planeta debe haber ocurrido al principio de la historia del Sistema Solar, porque el binario quedó atrapado intacto por los enjambres de asteroides troyanos.
Imagen cortesía de Durda / Marchi / SwRI.
Los Troyanos de Júpiter probablemente fueron capturados durante un período dramático de inestabilidad dinámica cuando se produjo una escaramuza entre los planetas gigantes del Sistema Solar, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno«, dijo el Dr. David Nesvorny, científico del Instituto SwRI. Él es el autor principal del artículo, «Evidencia de la migración muy temprana de los planetas del Sistema Solar a partir del troyano Binario de Júpiter, Patroclus-Menoetius«, publicado en Nature Astronomy. Esta sacudida empujó a Urano y Neptuno hacia afuera, donde se encontraron con una gran población primordial de pequeños cuerpos que se cree que son la fuente de los objetos del Cinturón de Kuiper de la actualidad, que orbitan en el borde del Sistema Solar. «Muchos cuerpos pequeños de este Cinturón de Kuiper primordial se dispersaron hacia adentro, y algunos de ellos quedaron atrapados como asteroides troyanos«. Pero, ¿cuándo sucedió ésto? :
Esta animación de tiempo transcurrido muestra los movimientos de los planetas interiores (Mercurio, marrón, Venus, blanco, Tierra, azul, Marte, rojo), Júpiter (naranja) y los dos enjambres de Troyanos (verde). Los dos enjambres de troyanos orbitan a aproximadamente la misma distancia del Sol que Júpiter, un enjambre orbitando por delante y el otro por detrás, del gigante gaseoso.
Créditos: Instituto Astronómico de CAS / Petr Scheirich (usado con permiso). Más animaciones.
- Los científicos del SwRI encuentran evidencia de una sacudida temprana. Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. Sept. 13, 2018.
Ver también:
- Una delicada danza binaria.Stephanie Hamilton.astrobites. Nov. 6, 2018.
