Aunque nuestro sistema solar tiene miles de millones de años, sólo recientemente (2060) hemos conocido mejor a sus habitantes más dinámicos y fascinantes conocidos como Quirón.
Quirón pertenece a la clase de objetos que los astrónomos llaman “centros”. Los centauros son objetos celestes que orbitan alrededor del Sol entre Júpiter y Neptuno. Se parecen a las criaturas míticas de las que derivan su nombre en que son híbridos y poseen características tanto de asteroides como de cometas.
Utilizando el telescopio espacial James Webb, los científicos del Instituto Espacial de Florida (FSI) de la UCF lideraron recientemente un equipo que descubrió por primera vez que Quirón tiene una química superficial diferente a otros centauros. Contiene dióxido de carbono y hielo de monóxido de carbono en su superficie, junto con dióxido de carbono y gas metano en su coma, rodeado por una envoltura de polvo y gas similar a una nube.
Los hallazgos de los investigadores fueron publicados recientemente en la revista Astronomía y Astrofísica.
La científica asociada de UCF FSI, Noemí Pinilla-Alonso, que ahora trabaja en la Universidad de Oviedo en España, y el científico asistente Charles Chambeau dirigieron la investigación. Los nuevos hallazgos se basan en hallazgos anteriores de Pinilla-Alonso y sus colegas, quienes detectaron hielo de monóxido de carbono y dióxido de carbono en objetos transneptunianos (TNO) por primera vez a principios de este año.
Pinilla-Alonso dijo que estas observaciones asociadas con Quirón están creando conocimiento fundamental para comprender la formación de nuestro sistema solar, ya que estos objetos se han mantenido prácticamente sin cambios desde la formación del sistema solar.
“Todos los pequeños cuerpos del sistema solar nos hablan de cómo era en el pasado, que es una época que ya no podemos observar”, afirma. “Pero los centros activos nos dicen mucho más. Están experimentando transformaciones impulsadas por el calentamiento solar y brindan una oportunidad única para aprender sobre las superficies y las capas del subsuelo”.
Debido a que Quirón tiene las características tanto de un asteroide como de un cometa, lo hace rico para estudiar muchos procesos que pueden ayudar a comprenderlos, dijo.
“Lo que es único de Quirón es que podemos observar tanto la superficie, donde se encuentra la mayor parte del hielo, como la coma, donde vemos gases que se originan en la superficie o justo debajo de ella”, dijo Pinilla-Alonso. “Los TNO no tienen ese tipo de actividad porque están demasiado lejos y son demasiado fríos. Los asteroides no tienen ese tipo de actividad porque no tienen hielo. Los cometas, por otro lado, muestran centauros- Les gusta la actividad, pero normalmente se observan más cerca del Sol y sus comas son tan espesas que descubrir qué gases forman parte del complejo complica la interpretación de las observaciones del hielo. La porosidad, su estructura y cómo le afecta la radiación.”
El descubrimiento de este hielo y gas en un objeto distante como Quirón, observado cerca de su punto más alejado del Sol, podría ayudar a contextualizar a otros centauros y proporcionar información sobre las primeras edades de nuestro sistema solar, dijo Shambeau.
“Estos resultados son algo que no habíamos visto antes”, dice. “Detectar la coma de gas alrededor de objetos tan alejados del Sol como Quirón es un desafío, pero JWST lo hace accesible. Estas detecciones mejoran nuestra comprensión de la estructura interna de Quirón y cómo ese material crea el comportamiento único que observa Quirón”.
Chambeau se especializa en estudiar centauros, cometas y otros objetos espaciales. Analizó la coma de gas metano y determinó que el gas de salida detectado coincidía con su origen en la superficie más expuesta al calor del Sol.
Quirón, descubierto por primera vez en 1977, está mucho mejor caracterizado que la mayoría de los centauros y es relativamente único, dijo Scambeau. Los datos recientemente analizados ayudan a los científicos a comprender mejor los procesos termofísicos que ocurren en Quirón y que producen gas metano, dijo.
“Es un bicho raro comparado con la mayoría de los otros centauros”, dijo Shambeau. “Tiene períodos en los que se comporta como un cometa, con un anillo de material a su alrededor y posiblemente un pequeño polvo o escombros rocosos orbitando a su alrededor. Por lo tanto, surgen muchas preguntas sobre las propiedades de Quirón que permiten este comportamiento único”.
Los investigadores concluyeron que la coexistencia de moléculas en diferentes estados añade otra capa de intriga al estudio de cometas y centauros. El estudio también destacó la presencia de subproductos radiactivos de metano, monóxido de carbono y dióxido de carbono que requerirán más estudios y podrían ayudar a los científicos a desentrañar los procesos únicos que crearon la estructura de la superficie de Quirón.
Quirón se originó en la región TNO y ha viajado alrededor de nuestro sistema solar desde su creación, dijo Pinilla-Alonso. Las órbitas de Quirón y muchos otros grandes objetos no planetarios ocasionalmente hacen encuentros cercanos con un planeta gigante donde la atracción gravitacional del planeta altera las órbitas de los objetos más pequeños, moviéndolos por todo el sistema solar y exponiéndolos a diferentes ambientes, dice.
“Sabemos que ha sido expulsado de la población de TNO y ahora simplemente está migrando a través de la región de los planetas gigantes, donde no permanecerá por mucho tiempo”, dijo Pinilla-Alonso. “Después de aproximadamente 1 millón de años, los centauros como Quirón normalmente abandonan la región de los planetas gigantes, donde pueden terminar sus vidas como cometas de la familia de Júpiter o pueden regresar a la región de los TNO”.
Pinilla-Alonso señala que los espectros del JWST mostraron por primera vez las masas de hielo de Quirón con diversas perturbaciones y sus procesos de formación, dice.
Algunos de estos hielos, como el metano, el dióxido de carbono y el hielo de agua, pueden ser el material original de Quirón heredado de la nebulosa presolar. Otros, como el acetileno, el propano, el etano y el monóxido de carbono, pueden formarse en la superficie debido a procesos de reducción y oxidación, afirma.
“Según nuestros nuevos datos del JWST, no estoy seguro de que tengamos un centro ideal”, dijo Pinilla-Alonso. “Cada centro activo que estamos observando con JWST muestra alguna rareza. Pero no todos pueden ser valores atípicos. Debe haber algo que explique por qué todos se comportan de manera diferente, o algo común entre ellos que aún no podemos ver”.
El análisis del gas y el hielo de Quirón abre nuevas fronteras y apasionantes oportunidades de investigación, afirma.
“Vamos a hacer un seguimiento con Chiron”, dijo Pinilla-Alonso. “Se acercará a nosotros, y si podemos estudiarlo a una distancia más cercana y obtener una mejor lectura de la cantidad y naturaleza del hielo, los silicatos y la materia orgánica, podremos comprender mejor cómo las variaciones estacionales y los diferentes patrones de luz comportarse y podría afectar su reservorio glaciar”.
JWST es el observatorio científico espacial más importante del mundo y está resolviendo los misterios de nuestro sistema solar, observando mundos distantes alrededor de otras estrellas y explorando la misteriosa estructura y origen de nuestro universo. JWST es una colaboración internacional liderada por los socios de la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Canadiense.
Credenciales de investigadores
Pinilla-Alonso fue profesora en FSI y se unió a la UCF en 2015. Gran parte de su trabajo en este proyecto lo realizó mientras estaba en la UCF. Pinilla-Alonso también ocupa un cargo conjunto como profesor de investigación en el Departamento de Física de la UCF y ha dirigido numerosas campañas de observación internacionales en apoyo de las misiones de la NASA, como New Horizons, OSIRIS-Rex y Lucy. Pinilla-Alonso es un distinguido profesor del Instituto de Ciencias y Tecnologías Espaciales de Asturias de la Universidad de Oviedo. Recibió su doctorado en astrofísica y ciencias planetarias de la Universidad de La Laguna, España.
Shambeau es un científico asistente que recibió un doctorado en física con especialización en ciencias planetarias de la UCF en 2018. Posteriormente se unió al FSI, donde amplió su trabajo examinando cometas y centauros como parte del destacado programa postdoctoral de la UCF.