Liberando a los Troyanos del Caballo: los Asteroides Troyanos escapan de sus órbitas.

El Caballo de Troya.
Crédito: Clipart.

El siguiente artículo es una presentación de forma sencilla, realizada por Ali Crisp, del paper, «Stability of Jovian Trojans and their collisional families«, de Timothy R. Holt, David Nesvorný et al.

¿Quién introdujo a Homero en la astronomía?

Además de los cuerpos celestes principales de nuestro Sistema Solar, los planetas, lunas y planetas enanos (RIP Plutón) con los que estamos familiarizados, también hay alrededor de 150 millones de asteroides flotando. Entre estos se encuentran  los asteroides troyanos , grupos especiales de asteroides que se encuentran dentro de las  rutas orbitales de los planetas . Como se puede suponer, los asteroides llevan el nombre de los troyanos de la  Ilíada  y la  Odisea de Homero , y los asteroides más grandes obtienen nombres específicos de héroes de los cuentos, como Héctor y Aquiles. 

Aunque el término se ha vuelto más general, los asteroides troyanos arquetípicos caen dentro del camino orbital de Júpiter en sus puntos L4 y L5 de  Lagrange . Los Puntos de Lagrange son, esencialmente, los puntos donde las fuerzas gravitacionales de dos cuerpos crean posiciones estables para otros objetos, como los asteroides,  donde ubicarse . Hay cinco puntos de Lagrange para cualquiera de los dos objetos que interactúan gravitacionalmente, etiquetados creativamente de L1 a L5. Los puntos L1, L2 y L3 solo se consideran ‘metaestables’, lo que significa que un ligero empujón podría hacer que el objeto abandone el punto, mientras que L4 y L5 son realmente estables. En la Figura 1 se muestra una visualización de estos puntos para el sistema Tierra-Sol. El grupo que lidera la órbita de Júpiter (que va delante de Júpiter) en L4 a veces se denomina «campo Griego», mientras que el grupo que lo sigue en L5 es el «campo Troyano».

Figura 1: El sistema Tierra-Sol se muestra con sus puntos de Lagrange. 
Crédito: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lagrange_points_simple.svg

El origen de los asteroides Troyanos de Júpiter, o los Troyanos Jovianos, es algo ambiguo, pero se cree que estuvieron presentes desde los primeros días del Sistema Solar. Probablemente fueron capturados, porque sus distribuciones e inclinaciones orbitales reales no coinciden con las teorizadas por el modelo de formación in situ . Según el documento, actualmente hay 5.553 Troyanos Jovianos conocidos, pero algunos proyectos propuestos con el próximo  Observatorio Vera C.Rubin  y  el Telescopio de prospección infrarroja de campo amplio  ( WFIRST ) tienen como objetivo aumentar estos números. La  misión Lucy  también está destinada a estudiar a los troyanos jovianos con más profundidad a finales de 2020.

La animación de tiempo transcurrido, muestra los movimientos de los planetas interiores, Júpiter y ambos enjambres de troyanos (verde) durante el período de tiempo de la misión Lucy. 
Los troyanos L4 «levan a Júpiter» (van por delante) en su órbita y los troyanos L5 lo siguen. 
Por tradición, los troyanos L4 llevan el nombre de caracteres griegos en los relatos de la Guerra de Troya.  Los cuerpos L5 llevan el nombre de los personajes del lado troyano del conflicto.
Créditos: Instituto Astronómico de CAS / Petr Scheirich (usado con permiso).

El estudio

Los autores tienen dos objetivos principales en su estudio:

1) determinar las tasas de escape de los Troyanos Jovianos y

2) determinar mejor la estabilidad de las diferentes  familias  de colisión de los asteroides. 

Utilizan una  simulación de N-cuerpos  para representar el movimiento de los asteroides para una simulación de 4,5 × 10 9  años – la edad del Sistema Solar – con un paso de tiempo de 0.3954 años – 1/30 º del período orbital de Júpiter. 

Encuentran que el 23.35% de los asteroides del campo Griego escaparán durante la vida útil del Sistema Solar, mientras que el 24.89% del campamento troyano escapará. Existe una asimetría observada actualmente en el número de asteroides en los campos Griegos y Troyanos que no puede explicarse por estos porcentajes, lo que indica que los números probablemente no coinciden desde que fueron capturados por primera vez (¡espero que Júpiter no sea exigente con la simetría! ).

 También se pueden identificar seis familias de colisión entre los asteroides en función de su dinámica, con cuatro familias en el campo Griego líder y dos en el campo Troyano. Los autores fueron particularmente minuciosos con la familia de colisiones más grande y mejor estudiada, la familia Eurybates, y datan de alrededor de 1.045 ± 0.364 x 10 9 años en función de su tasa de escape y población actual.

Figura 2: Análisis de escape de los troyanos jovianos. 
Los asteroides del campamento griego están en L4, mientras que los asteroides del campamento troyano están en L5. 
Las figuras de la izquierda trazan las excentricidades de los asteroides frente a los ejes semi-principales de sus órbitas. 
Las figuras de la derecha trazan las inclinaciones de los asteroides frente a sus ejes semi-principales. 
Los círculos indican objetos que no se escapan en el transcurso de la simulación, mientras que las x representan objetos que sí lo hacen. 
El color indica cuánto tardan los objetos en escapar en miles de millones de años, si lo hacen. 
Adaptado de la Figura 3 del artículo.

Aunque los troyanos jovianos son solo una pequeña subpoblación de asteroides conocidos, son potencialmente importantes para comprender la historia de nuestro sistema solar. Si entendemos su dinámica, podemos entender cómo fueron capturados, y luego podemos determinar potencialmente qué tipo de evento habría tenido que ocurrir para que fueran capturados en primer lugar. 

Con un tamaño de muestra mayor de los próximos proyectos de observación y algunos análisis químicos de misiones como  Lucy , los astrónomos obtendrán una mejor comprensión de estos objetos extraños en las próximas décadas.

Fuente: astrobites.

Artículo original: «Letting the Trojans out of the Horse: Trojan Asteroids Escape their Orbits«. Ali Crisp | May 13, 2020.

Material relacionado:

Esta animación de tiempo transcurrido muestra los movimientos de los dos enjambres de troyanos de Júpiter durante el período de tiempo de la misión Lucy. 
En esta animación, el cuadro gira a la velocidad promedio del movimiento de Júpiter alrededor del Sol. Júpiter permanece casi estacionario, moviéndose solo ligeramente en relación con el promedio debido a la pequeña excentricidad orbital de Júpiter. 
Los troyanos circulan alrededor de los puntos L4 y L5 respectivamente con los efectos gravitacionales combinados de Júpiter y el Sol empujando a los troyanos para que permanezcan en el enjambre.
Créditos: Instituto Astronómico de CAS / Petr Scheirich (usado con permiso)

Sobre los puntos de Lagrange y los Troyanos.

¿Qué secretos esconden los Troyanos de Júpiter?

a)_ Los troyanos 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.

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 ocurrió este episodio?

Una indicación se encuentra en un Troyano de Júpiter muy particular, el par Patroclus-Menoetius,  el único binario grande conocido en la población de cuerpos antiguos denominada los asteroides troyanos, también uno de los objetivos de la misión LUCY:

Científicos del SwRI estudiaron el asteroide binario Patroclus-Menoetius, mostrado arriba en la representación artística, para determinar que una sacudida de los planetas gigantes probablemente ocurrió al principio de la historia del Sistema Solar, en los primeros 100 millones de años. 
Crédito: W.M. Keck Observatory/Lynette Cook.
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.
Crédito: Durda / Marchi / SwRI.

El siguiente artículo lo presenta:

Ver también:

b)_ Se sabe que los gigantes gaseosos alrededor de otras estrellas a menudo están ubicados muy cerca de su estrella. Según la teoría aceptada, estos planetas gaseosos se formaron muy lejos y posteriormente migraron a una órbita más cercana a la estrella.

Ahora, investigadores de la Universidad de Lund y otras instituciones han usado simulaciones por computadora avanzadas para aprender más sobre el viaje de Júpiter a través de nuestro propio Sistema Solar hace aproximadamente 4.500 millones de años.

Los resultados indican que el planeta gigante Júpiter se formó cuatro veces más lejos del Sol que su órbita actual, y migró hacia el interior del Sistema Solar durante un período de 700 000 años. Los investigadores encontraron pruebas de este increíble viaje gracias al grupo de asteroides troyanos cercanos a Júpiter:

Sobre la selección de la Misión Lucy por la NASA:

El 4 de enero de 2017, la NASA seleccionó dos misiones de Descubrimiento  para explorar las primeras etapas de nuestro Sistema Solar. Lucy se lanzará en Octubre de 2021 para viajar hacia los Troyanos, un enjambre de asteroides que conduce y sigue a Júpiter a medida que se mueve a través de su órbita. Psique se lanzará en 2023 hacia el único asteroide de metal en nuestro Sistema Solar: potencialmente el núcleo congelado de un planeta muerto hace mucho tiempoEl siguiente artículo lo presenta:

Sobre la Misión Lucy y los Troyanos de Júpiter:

Lucy es una misión de clase Discovery programada para su lanzamiento por la NASA en 2021. Su objetivo es estudiar los asteroides primitivos mediante un sobrevuelo de cinco Asteroides Troyanos y un asteroide del Cinturón Principal. 

El sitio de la misión en el South west Research Institute (SwRI):

Los Aficionados y los Troyanos de Júpiter:

El Dr. Franck Marchis de SETI / Unistellar es uno de los fundadores de Unistellar, empresa que diseñó y fabricó el evScope, un telescopio de la siguiente generación, para aficionados.

Un equipo de Unistellar viajó a Omán a principios de Septiembrede 2019, para observar la ocultación de una estrella de mag 11 por el asteroide troyano Orus, que es uno de los objetivos de la misión LUCY.

Lograron capturar el evento con uno de los eVscopes, un logro en sí mismo considerando el camino pequeño e incierto de esta ocultación. Este es un avance importante porque se volverá a utilizar esta detección de Orus para otra ocultación, en Australia.  Además de eso, esta detección positiva anunció la llegada de una nueva herramienta (la red eVscope) para el estudio de asteroides, centauros y objetos transneptunianos mediante ocultaciones.

Ocultación de Orus desde Omán. Análisis de la curva de luz de ambas estaciones en Omán. La de Khalil ha detectado el evento. La ubicado a 30 km de distancia en Mussannah no lo vio.
Crédito: Unistellar / Franck Marchis.

El siguiente artículo lo presenta:

HELPING FUTURE NASA MISSIONS: THE CASE OF ORUS, TARGET OF THE LUCY MISSION. Franck Marchis. Oct. 16, 2019.

Videos:

Sobre los Puntos de Lagrange y los Troyanos:

Fraser Cain de Universe Today, explica los Puntos de Lagrange y sus aplicaciones en tres capítulos:

Otras presentaciones:

  • Lagrange Points – Professor Mike Merrifield / Sixty Symbols / University of Nottingham. June 7, 2013.

Sobre los Troyanos de Júpiter:

Todas las poblaciones de asteroides estables del Sistema Solar han sido visitadas por naves espaciales, a excepción de los troyanos, que pueblan los puntos de Lagrange de Júpiter. La misión de Lucy llenará ese vacío estudiando exhaustivamente todas las clases taxonómicas reconocidas de troyanos de Júpiter, proporcionando información importante sobre la evolución del sistema planetario en su conjunto, según lo cuenta Hal Levinson:

La siguiente conferencia describe las premisas científicas y los desafíos tecnológicos de alcanzar primero y luego intentar una exploración de ida y vuelta a los Troyanos de Júpite. También se discuten áreas potenciales de colaboración internacional a través de una visión personal del presentador.

Un tema fundamental en el movimiento de los asteroides es del impulso producido por la luz solar:

Una situación especial se presenta con los asteroides troyanos de Marte, en que el efecto sobre ellos de la luz solar juega un papel importante:

Curiosidades:

¿Tiene la Tierra asteroides Troyanos?

Los siguientes artículos contestan la pregunta:

Sobre el decubrimiento del primer Troyano de la Tierra:

En la edición del 28 de julio de 2011 de la revista Nature, los astrónomos anunciaron que el asteroide cercano a la Tierra, aún sin nombre, con la designación temporal 2010 TK7, comparte la órbita de la Tierra con él. Mientras el asteroide y la Tierra orbitan alrededor del Sol, el 2010 TK7 se mantiene en sintonía con nuestro planeta, quedando por delante de nosotros como se ve desde la Tierra.
Crédito:  Paul Wiegert,
Dept. of Physics and Astronomy, The University of Western Ontario, Canad
a.

El artículo del descubrimiento escrito por sus autores:

Uno de los objetivos de la misión OSIRIS REx en su viaje de encuentro con el asteroide Bennu, fue la búsqueda de asteroides troyanos de la Tierra:

A continuación ponemos un par de  trabajos de investigación, de los cuales aconsejamos leer los respectivos abstracts (resumen de presentación):

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