Persiguiendo la sombra de un asteroide: conociendo los troyanos de la Misión Lucy

De vez en cuando, un asteroide troyano, que orbita aproximadamente a 800 millones de kilómetros (500 millones de millas) del Sol, pasa brevemente frente a una estrella que está a una distancia del orden de 30.000 billones de kilómetros o 20.000 billones de millas. Durante unos segundos, mientras la Tierra, el asteroide y la estrella se alinean perfectamente, el asteroide proyecta una sombra sobre la Tierra. Este fenómeno se llama ocultación. Las ocultaciones son particularmente importantes para la Misión Lucy, ya que encontrar y medir las sombras proyectadas por los asteroides significa precisar las posiciones de los asteroides antes de que la nave espacial se acerque a ellos. En algunos otros contextos, los astrónomos pueden medir las posiciones de los objetos astronómicos con este grado de precisión desde la Tierra, razón por la cual equipos de astrónomos viajan por todo el planeta para tener la oportunidad de pararse en las sombras de los asteroides.

Uno de estos astrónomos es Brian Keeney, un especialista en observación y logística de la Misión Lucy. Keeney ha sido un astrónomo profesional durante 20 años, y pasó los últimos tres de esos años observando ocultaciones. “Creo que ser parte de estas campañas [de ocultación] ha sido lo más satisfactorio y aventurero que he hecho como astrónomo profesional”, explica. Al trabajar con equipos que abarcan toda la gama de niveles de habilidad en astronomía, desde astrónomos profesionales hasta estudiantes de secundaria, Keeney ha perseguido las sombras de las rocas espaciales en todo el mundo, incluso en Argentina, Australia y Senegal.

Un diagrama de la ocultación de un asteroide, no a escala, aunque la sombra del asteroide en la Tierra es del mismo tamaño que el propio asteroide. 
Crédito: IOTA.

Durante una ocultación, el asteroide bloquea una estrella tan distante que la sombra proyectada sobre la superficie de la Tierra es extremadamente cercana al tamaño del propio asteroide. No podemos elegir dónde caerá la sombra, por lo que los equipos de astrónomos a menudo tienen que viajar a los lugares donde se predice que estará la sombra. El objetivo es que los equipos de observación se dispersen en la región de sombra predicha y luego apunten sus telescopios a la estrella que se está ocultando. Si todo va según el plan, registrarán el momento en que el asteroide pasa frente a la estrella; desde su perspectiva, parecerá que la estrella ha desaparecido brevemente, como si alguien la hubiera apagado durante unos segundos. Luego pueden medir exactamente cuándo y durante cuánto tiempo la estrella está oculta a la vista. Estos datos no solo ayudan a los astrónomos a determinar la ubicación del asteroide con una precisión increíble, sino que también pueden usarlo para estimar el tamaño y la forma de la sombra del asteroide y, por lo tanto, el tamaño y la forma del propio asteroide.

Planificando una campaña de ocultación. Mejorando la precisión de la predicción con GAIA

En realidad, el proceso es más fácil de explicar que de hacer. Para planificar una campaña de ocultación, los astrónomos primero deben predecir con precisión la ubicación de la sombra del asteroide, lo que requiere un conocimiento preciso de la posición de la estrella y la órbita del asteroide. Hasta hace poco, las predicciones de ocultación a menudo tenían incertidumbres de cientos de kilómetros, recuerda Keeney. Esto significaba que los astrónomos que intentaban ver una ocultación por un objeto de 20 km (10 millas) (como Polymele, el objetivo troyano más pequeño de Lucy) a menudo tenían que extenderse a una distancia del orden de 300 km (190 millas) con la esperanza de que algunos de ellos podrían verlo. Todo esto cambió cuando la Agencia Espacial Europea publicó los datos recopilados por su satélite de cartografía estelar Gaia. Gaia se lanzó en 2013 y, para 2018, había catalogado la posición y el brillo de 1.700 millones de estrellas. “Sabíamos cuando el catálogo de Gaia estuvo disponible que las incertidumbres en las posiciones estelares eran mucho menores”, continúa Keeney. “Sabíamos que esto debería cambiar las reglas del juego. Con esta nueva información … en lugar de estar inseguros por 100 km, ahora estamos inseguros por 10 km». Los astrónomos que intentan ver el mismo objeto de 20 km (10 millas) hoy solo tendrían que recorrer unos 50 km (30 millas). Todavía no hay forma de determinar exactamente qué miembros del equipo verán la ocultación y cuáles terminarán fuera de la sombra, pero gracias al nivel de precisión sin precedentes de Gaia, las campañas de ocultación son mucho más eficientes y pueden recopilar datos útiles para misiones espaciales. Además, cada ocultación le enseña al equipo de Lucy más sobre la órbita de cada asteroide, mejorando la precisión de cada predicción posterior. Incluso si algunos observadores terminan fuera de la sombra.

Mapa de la ocultación de Leucus el 18 de Noviembre de 2018. La banda gris representa la pista predicha (después de que se encontró el error) y la banda roja representa la pista de ocultación observada. Los puntos azules representan equipos con buenos datos y sin ocultación; los diamantes rojos representan buenos datos con detecciones de ocultación positivas; los cuadrados grises indican sitios que no pueden recopilar datos útiles. 
Crédito:
Buie y Keeney et al.

Incluso con las predicciones más precisas, pueden surgir obstáculos imprevistos

Sin embargo, incluso con las predicciones más precisas, pueden surgir obstáculos imprevistos. El 18 de Noviembre de 2018, el equipo de Lucy estaba en Texas preparándose para observar una ocultación por el asteroide Leucus que ocurriría esa noche. Habían estado utilizando el campus de San Antonio del Southwest Research Institute (SwRI) como un lugar para reunirse, entregar equipos (como telescopios, computadoras portátiles y cámaras astronómicas) y realizar sesiones de práctica. Cada uno de los 23 equipos de observación se aseguró de elegir una ubicación dentro del camino previsto antes del gran día. Esa mañana, sin embargo, Brian Keeney y Marc Buie (el líder del grupo de trabajo de satélites y anillos de la misión) notaron una falla en su software de predicción que no había sido detectada durante toda la campaña. Esta falla cambió el tiempo de la predicción de ocultación en aproximadamente 30 segundos, que erróneamente colocó el camino previsto al sur de San Antonio. Los dos se dieron cuenta de que si no viajaban hacia el norte, se perderían la ocultación. Sin embargo, el clima en el área de San Antonio estaba empeorando, así que si viajaban directamente al norte o al este, serían atrapados por una tormenta. “Hablamos con los equipos justo después del desayuno esa mañana, justo después de que nos convencimos de que teníamos razón”, recuerda Keeney. “Solo dijimos, ‘Oye. ¿Adivinen qué, chicos? Lo siento, pero tenemos que ir al norte. Y no solo al norte, porque aquí va a hacer mal tiempo. Necesitamos ir hacia el norte y lo más al oeste posible’”. Cada equipo exploró ubicaciones dentro de la nueva ruta prevista, encontró áreas con la menor cobertura de nubes y apuntó con sus telescopios a la estrella cuando llegó el momento. Debido al pensamiento rápido y la adaptabilidad de todos, nueve equipos pudieron ver la ocultación, y casi todos los equipos se fueron con datos asombrosos.

Datos de la ocultación de Leucus del 18 de Noviembre de 2018. Cada una de las líneas representa la trayectoria de observación de un solo observador (el observador está parado mientras el asteroide pasa por encima). En turquesa es la elipse que mejor se ajusta a los datos, y en negro es un ejemplo de cómo podría basarse la forma de Leucus en los puntos de datos en naranja (aunque muchas otras formas se ajustan a los datos dentro de las incertidumbres). 
Crédito: Buie, Keeney et al; contorno de forma agregado por David Dezell Turner.

IOTA (International Occultation Timing Association) apoya los esfuerzos de observación de ocultaciones. El proyecto RECON para ‘científicos ciudadanos’

Uno de los aspectos más emocionantes de las ocultaciones es el hecho de que con práctica y el equipo adecuado, cualquiera puede recopilar datos para una misión espacial, independientemente del nivel de experiencia. IOTA, la International Occultation Timing Association, es una organización dedicada a apoyar los esfuerzos de observación de la ocultación de profesionales y aficionados, alentando a «astrónomos [a] mateur en todos los niveles de experiencia … a convertirse en ‘ciudadanos-científicos'». Un proyecto apoyado por IOTA está dirigida por Marc Buie y su colega científico planetario John Keller. Este proyecto, llamado RECON (Red de ocultación colaborativa de investigación y educación), es una red de astrónomos aficionados, profesores, estudiantes de secundaria y otros miembros de la comunidad repartidos por todo el oeste de los Estados Unidos. RECON ayudó en la observación del equipo de Lucy de una ocultación de Leucus el 2 de octubre de 2019. Aunque RECON estaba destinado a ser una red estacionaria, muchos equipos estaban más que dispuestos a viajar largas distancias para el evento. Algunos equipos ayudaron a transportar equipos y otros observadores desde sus lugares de origen, y algunos, como un equipo de Sisters High School en Sisters, OR, incluso se quedaron en el área de ocultación durante la noche.

La pandemia de COVID-19 ha presentado nuevos desafíos para el equipo de ocultación

El 24 de Septiembre de 2020, el equipo planeó observar una ocultación de Polymele en Senegal. Aprender sobre Polymele es especialmente importante para el equipo de Lucy porque, como es el objetivo troyano más pequeño, será el más difícil de observar durante el encuentro de alta velocidad. Cuanto más sepa el equipo de antemano, mejor. Desafortunadamente, debido a la pandemia, viajar a Senegal fue imposible. Afortunadamente, el envío de equipos aún era factible. Un conjunto de equipos fue prestado a un grupo de astrónomos senegaleses con los que Keeney ha trabajado antes; el 4 de Agosto de 2018, ayudaron a la misión New Horizons de la NASA a observar una ocultación del objeto Arrokoth del Cinturón de Kuiper, lo que ayudó al equipo de New Horizons a comprender mejor el objeto antes del sobrevuelo de la nave espacial.  Organizar una campaña de ocultación en el otro lado del mundo sin poder viajar allí era un territorio bastante nuevo para el equipo de Lucy, pero esta es la culminación de las lecciones aprendidas en varias campañas de ocultación. 

Durante sus primeras campañas, el equipo de Lucy se basó en los mismos telescopios de 40 cm (16 pulgadas) de diámetro que New Horizons usó para la ocultación de Arrokoth, que son pesados ​​y requieren dos o tres personas para instalarlos. Ahora, el equipo despliega telescopios mucho más ligeros de 20 cm (8 pulgadas) siempre que sea posible. Para esa ocultación de Senegal, el equipo envió un conjunto de estos telescopios más pequeños, ya que la estrella que se oculta es tan brillante que los telescopios más grandes no son necesarios. 

En el lado logístico, el equipo también se basa en su experiencia en la planificación de una campaña en Phoenix, Arizona, el 29 de Diciembre de 2019, para lo cual Keeney mismo condujo equipo desde Boulder, Colorado y se lo prestó a astrónomos locales. Ese evento involucró a equipos de IOTA y RECON, y aunque tuvo menos supervisión directa del equipo de Lucy que la mayoría, casi todos los equipos involucrados pudieron recopilar buenos datos. “El evento de Phoenix fue una especie de versión reducida de lo que hicimos para Senegal en el sentido de que, en su mayor parte, los equipos eran mucho más independientes y solos hasta el último minuto…. Era nuevo y diferente, pero creo que si no hubiéramos probado el evento en Phoenix en Diciembre, no hubiéramos tenido la confianza para hacer el evento de Senegal”.

Los 10 telescopios de ocultación de 8 pulgadas se están revisando en el SwRI antes de su uso (uno de los telescopios de 16 pulgadas es visible en la parte posterior derecha).
Crédito: SwRI / Kretke.

Resultados de la ocultación de Polymele en Senegal y futuras ocultaciones

El 24 de Septiembre de 2020, Polymele corriendo a 50,000 kph (31,000 mph) cruzó frente a una estrella.  Desafortunadamente, en ese preciso momento, los cielos de gran parte de Sengal estaban cubiertos de nubes irregulares. Un observador afortunado tuvo una ruptura fortuita en las nubes y pudo observar una sola estrella parpadear durante menos de dos segundos. Si bien esta única observación no fue suficiente para precisar realmente las dimensiones de este pequeño asteroide, agregó nuevas restricciones al tamaño y mostró a los científicos la ubicación del asteroide con una precisión sin precedentes.

Afortunadamente, esa no fue la última oportunidad de observar a Polymele. Este otoño, los observadores en España tendrán la oportunidad de ver a Polymele cruzarse frente a otra estrella. Una vez más, no sabemos si COVID-19 permitirá los viajes internacionales, pero en base a estas experiencias previas, el equipo confía en que al menos los telescopios Lucy cruzarán el océano Atlántico para intentar ver esta ocultación. Con los datos recopilados de esa única observación el año pasado, Buie y Keeney pueden predecir dónde caerá esta pista de ocultación con una precisión increíble, lo que permite que los observadores estén más agrupados en el suelo. Si el clima coopera, esto proporcionará datos asombrosos sobre el tamaño y la forma de este pequeño asteroide. Con estas predicciones precisas y un poco de suerte, un grupo de astrónomos tendrá la suerte de encontrarse a la sombra de este asteroide.

Puedes ver una lista de las próximas ocultaciones de Lucy Targets aquí . Si deseas obtener más información o participar, la mejor manera es comunicarte con tu capítulo local de IOTA .

Fuente: NASA LUCY Mission.

Artículo original:Chasing an Asteroid’s Shadow‘. David Dezell Turner, Lucy Intern. Mar 17, 2021.

Material relacionado

Los Aficionados y los Troyanos de Júpiter: las observaciones de ocultaciones de Unistellar

Unistellar  es la empresa emergente detrás del eVscope, un telescopio digital único, compacto y fácil de usar. Su tecnología de amplificación de luz permite a los usuarios observar galaxias, nebulosas y cometas con incomparables detalles nítidos y coloridos. En asociación con el Instituto SETI, el eVscope de Unistellar, por su facilidad de uso, también permite que cualquier persona contribuya a los descubrimientos astronómicos mientras observa.

a)- La ocultación de Orus

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 Septiembre de 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 OmánAnálisis 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:

b)- La ocultación de Leucus

Leucus  es un asteroide troyano de Júpiter descubierto en 1997 por el Observatorio Xinglong de Beijing. Alrededor de Abril de 2028, la misión Lucy de la NASA volará por Leucus. Por lo tanto, deben conocerse mejor la forma, el tamaño y las diversas características de Leucus.

El 29 de Diciembre de 2020, los profesionales de la astronomía y aficionados en América del Norte intentaron observar una ocultación de estrellas por Leucus. He aquí los resultados:

Combinación de las cuerdas de los observadores para el evento de ocultación. Hicieron posible construir esta forma proyectada mejor ajustada del asteroide Leucus, que se ha demostrado que tiene una forma alargada aproximada de 50 x 30 km. 
Este trabajo fue presentado por el investigador M. Buie del SWRI esta semana en la conferencia AAS en Honolulu, HI (adaptado por Dan Peluso).

Un caso notable: estudiando el segundo blanco de ‘New Horizons’ con ocultaciones

Un ejemplo de anillos candidatos (elipses rojas) descartado por observaciones de la ocultación del 17 de julio de 2018 (líneas amarillas y mapa en el panel derecho). Las curvas de luz producidas por estas ocultaciones permitieron al equipo explorar si Ultima Thule está rodeado de anillos de bloqueo de luz adicionales.
Crédito: Young et al. 2018.

 A través de ocultaciones, los científicos han aprendido bastante sobre el desconocido MU69 2014, Arrokoth. En un estudio dirigido por Eliot Young (Southwest Research Institute), un equipo de científicos detalló su búsqueda de evidencia de anillos alrededor de Ultima Thule usando observaciones de ocultación.

Sobre el proyecto de Ciencia Ciudadana RECON

Asteroide ocultando una estrella, según lo observado por un sistema RECON. El campo gris muestra la imagen de video real recolectada por una de las cámaras RECON. Una de las dos estrellas visibles (la de la derecha) está oculta. El asteroide en sí es demasiado oscuro para que podamos verlo. El recuadro en la parte superior izquierda muestra la curva de luz recolectada durante la ocultación, y la esquina superior derecha muestra una animación del asteroide mientras oculta la estrella. 
 Crédito: RECON.

Un estudio elaborado por los científicos del Southwest Research Institute (SwRI), Rodrigo Leiva y Marc Buie, revela la naturaleza binaria de un objeto transneptuniano (TNO). Leiva y Buie utilizaron datos obtenidos por la «Research and Education Collaborative Occultation Network» (RECON). Ésta, es una red de investigación de ciencia ciudadana dedicada a la observación del Sistema Solar Exterior. 

La siguiente publicación lo presenta y además contiene recursos sobre el proyecto RECON y la importancia de la colaboración de los aficionados en las ocultaciones con objetivos científicos.

Sobre la Misión Lucy

Descripción general de la misión Lucy: viaje para explorar los asteroides troyanos.
Crédito: NASA’s Goddard Space Flight Center.

Lucy, lanzada el 16 de Octubre de 2021, será la primera misión espacial en explorar los asteroides troyanos. Se trata de una población de pequeños cuerpos que quedan de la formación del sistema solar. Lideran o siguen a Júpiter en su órbita alrededor del Sol y pueden informarnos sobre los orígenes de los materiales orgánicos en la Tierra. Lucy volará y llevará a cabo estudios con sensores remotos en seis asteroides troyanos diferentes y estudiará la geología de la superficie, el color y la composición de la superficie, el interior de los asteroides / propiedades a granel, y observará los satélites y anillos de los troyanos.

Obtén más información sobre la misión Lucy en:

  • Lucy. NASA’s Goddard Space Flight Center.

La página del SwRI de la misión Lucy contiene toda la información:

Curiosidades

Los Troyanos de Júpiter ofrecen sorpresas incluso antes de la misión Lucy

En esta imagen, los asteroides troyanos de Júpiter se muestran en verde. 
El grupo L4 está etiquetado como «Griegos», porque estos objetos generalmente reciben el nombre de los héroes griegos de la guerra de Troya. Mientras que los asteroides L5 se etiquetan como «Troyanos», ya que reciben el nombre de los héroes troyanos. 
Crédito: Wikipedia Commons.

Un nuevo estudio publicado este mes sugiere que los asteroides troyanos de Júpiter pueden ser más peculiares de lo que se pensaba. Los asteroides troyanos son objetos rocosos que orbitan al Sol justo delante y detrás de Júpiter, en puntos gravitacionales dulces conocidos como puntos de Lagrange. El enjambre delante de Júpiter, conocido como el grupo L4 (Griegos), es un poco más grande que el enjambre L5 (Troyanos) detrás. Pero hasta ahora, los astrónomos creían que había poca diferenciación entre los dos enjambres. Un nuevo documento parece cambiar eso.

La publicación a continuación lo aborda y contiene también recursos sobre el tema.

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