Dos pases estelares cercanos

Los objetos interestelares están muy presentes en las noticias en estos días, como lo demuestra la oleada de investigaciones sobre ‘Oumuamua y 2I/Borisov. Pero tenemos que ser cautelosos cuando miramos objetos en órbitas hiperbólicas, evitando la suposición de que alguno de ellos es necesariamente de otra estrella. Los astrónomos españoles Carlos y Raúl de la Fuente Marcos profundizaron hace varios años en la cuestión de los objetos en órbitas hiperbólicas y señalaron que algunos de ellos podrían tener un origen mucho más cercano a casa. Permítanme citar su artículo de 2018 sobre esto:

Existen mecanismos capaces de generar objetos hiperbólicos distintos de los intrusos interestelares. Incluyen encuentros cercanos con los planetas conocidos o el Sol, para objetos que ya atraviesan el Sistema Solar dentro del Cinturón Transneptuniano; pero también perturbaciones seculares inducidas por el disco galáctico o interacciones impulsivas con estrellas que pasan, para cuerpos más distantes (ver, por ejemplo, Fouchard et al. 2011, 2017; Królikowska & Dybczyński 2017). Estos dos últimos procesos tienen su origen más allá del Sistema Solar y pueden afectar rutinariamente a los miembros de la nube de Oort (Oort 1950), llevándolos a caminos hiperbólicos entrantes que pueden cruzar el Sistema Solar interior, haciéndolos detectables desde la Tierra (ver, por ejemplo, Stern 1987).

La estrella de Scholz deja una huella

¡Están sucediendo tantas cosas en los confines del Sistema Solar! En el artículo de 2018, los dos astrónomos buscaron patrones en la forma en que se mueven los objetos hiperbólicos y notaron que todo lo que se nos acerca desde los confines del Sistema Solar parece provenir de una ubicación bien definida en el cielo conocida como su radiante (también llamado su antapexUna exp). Dados los mecanismos para producir objetos en órbitas hiperbólicas, identifican firmas distintivas de coordenadas y velocidades entre estos radiantes.

Un trabajo como este se basa en la evolución orbital pasada de objetos hiperbólicos utilizando modelos informáticos y análisis estadísticos de los radiantes, y no habría profundizado tanto en este trabajo arcano, excepto que nos dice algo sobre los objetos que están bajo un escrutinio renovado, las estrellas que ocasionalmente pasan cerca del Sistema Solar y pueden perturbar la Nube de Oort. Tales estrellas pasajeras son un tema intrigante por derecho propio e incluso un factor en los estudios de difusión galáctica; es decir, cómo una civilización podría comenzar a explorar la galaxia usando pasos estelares cercanos como peldaños.

Pero más sobre eso en un momento, porque quiero concluir este artículo de 2018 antes de pasar a un artículo posterior, también del equipo de la Fuente Marcos, sobre pases estelares cercanos y la intrigante Gliese 710. Su pase cercano está por suceder en un futuro distante, pero tenemos un paso bien caracterizado que aborda el artículo de 2018, el de la estrella de Scholz, que se sabe que realizó el sobrevuelo más reciente del Sistema Solar cuando se movió a través de la Nube de Oort hace 70,000 años. En su trabajo sobre objetos menores con períodos orbitales largos y excentricidad orbital extrema, los investigadores encuentran una «sobredensidad significativa de radiantes de alta velocidad hacia la constelación de Géminis» que puede ser el resultado del paso de esta estrella.

Esto es algo útil, porque a medida que desenredamos pasadas cercanas anteriores, aprendemos más sobre la dinámica de los objetos en el Sistema Solar exterior, lo que a su vez puede ayudarnos a descubrir información sobre objetos aún por descubrir, incluido el hipotético Planeta 9, que puede estar al acecho en las regiones exteriores y puede haber causado sus propias perturbaciones gravitatorias.

Antes de profundizar en los artículos sobre los que escribo hoy, no me había dado cuenta de cuántos objetos, presumiblemente cometas, se sabe que están en órbitas hiperbólicas. Los astrónomos trabajan con las órbitas de 339 de éstos, todos con excentricidad heliocéntrica nominal > 1, utilizando datos de la base de datos de cuerpos pequeños del Grupo de Dinámica del Sistema Solar del JPL y la base de datos del Centro de Planetas Menores. Para un objeto menor que se mueve con una velocidad de entrada de 1 kilómetro por segundo, que es la velocidad de escape del Sistema Solar a unas 2000 UA, el equipo de de la Fuente Marcos realiza cálculos que se remontan a 100 000 años atrás para examinar la evolución orbital del objeto modelado hasta el final a 20.000 UA, que se encuentra en la Nube de Oort exterior.

Esa sobredensidad de radiantes hacia Géminis que mencioné anteriormente parece implicar el sobrevuelo de la Estrella de Scholz. Si es así, entonces un paso estelar cercano que ocurrió hace 70.000 años puede haber dejado rastros que aún podemos ver en las órbitas de estos cuerpos menores del Sistema Solar en la actualidad. Las incertidumbres en el análisis de otros sobrevuelos estelares se relacionan con el hecho de que los encuentros pasados ​​con otras estrellas no están bien determinados, siendo la estrella de Scholz la excepción destacada. Dada la falta de evidencia sobre otros pases cercanos, el equipo de de la Fuente Marcos reconoce la posibilidad de otros perturbadores.

Esta es la Figura 3 del artículo. Leyenda: Distribución de radiantes de cuerpos menores hiperbólicos conocidos en el cielo. El radiante de 1I/2017 U1 (‘Oumuamua) está representado por una estrella rosa, aquellos objetos con la velocidad del radiante > −1 km s−1 se trazan como círculos rellenos de azul, los que están en el intervalo (−1.5, −1.0) km s−1 se muestran como triángulos rosas, y aquellos < − 1,5 km s−1 aparecen como triángulos dorados. La posición actual de la estrella binaria WISE J072003.20-084651.2, también conocida como estrella de Scholz, está representada por una estrella roja, las flechas marrones convergentes representan su movimiento e incertidumbre calculados por Mamajek et al.  (2015). La eclíptica se traza en verde. El disco galáctico, que se define arbitrariamente como la región confinada entre la latitud galáctica −5° y 5°, está delineado en negro, la posición del Centro Galáctico está representada por un círculo negro lleno; la región encerrada entre la latitud galáctica −30° y 30° aparece en gris. 
Fuente de datos: SSDG SBDB de JPL. 
Crédito: Carlos y Raúl de la Fuente Marcos.

La llegada de Gliese 710

Ahora hagamos avanzar el reloj, observando lo que podríamos esperar que suceda en nuestro próximo paso estelar cercano. Gliese 710 es una enana K7 interesante en la constelación Serpens Cauda que ocasionalmente aparece en nuestras discusiones debido a su movimiento hacia el Sol a unos 24 kilómetros por segundo. En este momento está a poco más de 60 años luz de distancia, pero démosle tiempo: en aproximadamente 1,3 millones de años, la estrella debería acercarse a algún lugar en el rango de 10 000 AU, que es aproximadamente 1/25 de la distancia actual entre el Sol y Próxima Centauri. Mientras estamos aprendiendo, espere lo suficiente y las estrellas vendrán a nosotros.

Note estas 10.000 AU; las examinaremos más en un minuto. Pero observe que en realidad está dentro de la distancia entre la estrella más cercana, Próxima Centauri, y el binario Centauri A/B.

Gleise 710 (centro), destinada a atravesar la Nube de Oort interior en un futuro lejano. 
Crédito:
SIMBAD / DSS
.

Un encuentro como este es interesante por varias razones. Las interacciones con la Nube de Oort deberían ser significativas, aunque bien distribuidas en el tiempo. Aquí vuelvo a un estudio de 1999 realizado por Joan García-Sánchez y sus colegas que argumentó que, si se extendiera a lo largo de la vida humana, los efectos de un pasaje tan cercano no serían pronunciados. Aquí hay un fragmento de ese documento:

Para el paso futuro de Gl 710, la estrella con la aproximación más cercana en nuestra muestra, predecimos que alrededor de 2,4 × 10 6 nuevos cometas serán lanzados en órbitas que cruzan la Tierra, llegando en un período de aproximadamente 2 × 10 6 años. Muchos de estos cometas regresarán repetidamente al sistema planetario, aunque alrededor de la mitad serán expulsados ​​en el primer pasaje. Estos cometas representan un aumento de aproximadamente el 50% en el flujo de cometas de período largo que cruzan la órbita de la Tierra.

Que yo sepa, el artículo de García-Sánchez fue el primero en identificar las posibilidades de sobrevuelo del Gliese 710. El trabajo se confirmó rápidamente en varios estudios independientes antes de que se publicaran los primeros conjuntos de datos de Gaia, y luego se ajustaron los parámetros del encuentro utilizando los resultados de Gaia, el artículo más reciente que utilizó la tercera publicación de datos de Gaia. Volvamos a Carlos y Raúl de la Fuente Marcos, quienes abordan el tema en un nuevo artículo que aparece en ‘Research Notes of the American Astronomical Society‘.

Los investigadores han sometido el sobrevuelo de Gliese 710 a simulaciones de N-cuerpos utilizando un conjunto de herramientas de software que modelan las perturbaciones de la estrella y tienen en cuenta los cuatro planetas masivos de nuestro propio sistema, así como el baricentro del sistema Plutón/Caronte. Suponen una masa de 0,6 masas solares para Gliese 710, en consonancia con estimaciones anteriores. Además de los datos de Gaia, los autores incluyen la información más reciente sobre las efemérides de los objetos del Sistema Solar proporcionada por el Sistema Horizons del Laboratorio de Propulsión a Chorro.

Esta es la Figura 1 del artículo. Leyenda: Paso futuro del perihelio de Gliese 710 estimado a partir de los datos de entrada de Gaia DR3 y las simulaciones de N-cuerpos discutidas en el texto. La distribución de los tiempos de paso del perihelio se muestra en el panel superior izquierdo y las distancias del perihelio en el superior derecho. Las líneas verticales azules marcan los valores medianos, las rojas muestran los percentiles 5 y 95. Los paneles inferiores muestran los tiempos de paso del perihelio (abajo a la izquierda) y la distancia de máxima aproximación (abajo a la derecha) en función de los valores observados de la velocidad radial de Gliese 710 y su distancia (generada aleatoriamente usando los valores medios y desviaciones estándar de Gaia DR3), ambos como diagramas de dispersión codificados por colores de la distribución en el panel superior asociado. Se han producido histogramas usando la biblioteca Matplotlib (Hunter 2007) con conjuntos de contenedores calculados usando Numpy (Harris et al. 2020) aplicando la regla de Freedman y Diaconis; en lugar de considerar histogramas basados ​​en la frecuencia, usamos conteos para formar una densidad de probabilidad de modo que el área bajo el histograma sume uno. El diagrama de dispersión del mapa de colores también se ha producido utilizando Matplotlib. 
Crédito: Carlos y Raúl de la Fuente Marcos.

El artículo de de la Fuente Marcos ahora encuentra que la aproximación cercana de Gliese 710 la llevará dentro de 10635 AU más o menos 500 AU, colocándola dentro de la Nube de Oort interna en aproximadamente 1.3 millones de años,(tanto la distancia del acercamiento como el tiempo del paso por el perihelio se ajustan a partir de estimaciones anteriores. Y como hemos visto, la estrella de Scholz atravesó parte de la Nube de Oort a unas 52.000 UA hace unos 70.000 años. De este modo, podemos vislumbrar el Sistema Solar influenciado por las estrellas que pasan en un marco de tiempo que comienza a tomar forma y define claramente un factor en la evolución del Sistema Solar.

Lo que Gaia puede decirnos

Ahora podemos retroceder aún más a un artículo de 2018 de Coryn Bailer-Jones (Instituto Max Planck de Astronomía, Heidelberg), que examina no solo dos estrellas con implicaciones directas para nuestro Sistema Solar, sino datos de Gaia (usando el conjunto de datos Gaia DR2) en 7,2 millones de estrellas para buscar más pruebas de encuentros estelares cercanos. Aquí empezamos a ver el panorama más amplio. Bailer-Jones y su equipo encuentran 26 estrellas que se acercan o se acercarán a 1 parsec, 7 que se acercarán a 0,5 parsecs y 3 que pasarán a 0,25 parsecs del Sol. Curiosamente, el encuentro más cercano es con nuestro amigo Gliese 710.

¿Con qué frecuencia se puede esperar que ocurran estos encuentros? Los autores estiman alrededor de 20 encuentros por millón de años dentro de un rango de un parsec. Greg Matloff ha utilizado estos datos para inferir aproximadamente 2,5 encuentros dentro de 0,5 parsecs por millón de años. Quizás 400.000 a 500.000 años deberían separar los encuentros estelares cercanos como se encuentra en los datos de Gaia DR2. Debemos tener en cuenta aquí lo que dicen Bailer-Jones y su equipo sobre el estado actual de esta investigación, especialmente dados los resultados posteriores de Gaia: «No hay duda de que hay muchos más encuentros cercanos, y probablemente más cercanos, por descubrir en futuras publicaciones de datos de Gaia». Pero al menos nos estamos haciendo una idea de los lapsos de tiempo involucrados.

Entonces, dada la distribución de estrellas en nuestro vecindario de la galaxia, nuestro Sol debería tener un encuentro cercano cada medio millón de años más o menos. Tales encuentros entre estrellas reducen drásticamente la distancia para cualquier viajero. En el caso de la estrella de Scholz, por ejemplo, las distancias involucradas recortan la distancia actual a la estrella más cercana por un factor de 5, mientras que Gliese 710 es aún más provocadora, ya que, como mencioné, se acercará a una distancia no tan lejana fuera de la propia distancia de Proxima Centauri de Centauri A/B.

¿Un buen momento para la migración interestelar? Hemos considerado las posibilidades en el pasado, pero a medida que se acumulan nuevos datos, debemos seguir preguntándonos qué tan importante pueden ser los pasajes estelares como estos para ayudar a que una civilización tecnológica se extienda por toda la galaxia.

El artículo anterior de de la Fuente Marcos es:

“Where the Solar System meets the solar neighbourhood: patterns in the distribution of radiants of observed hyperbolic minor bodies,” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters Vol. 476, Issue 1 (May 2018) L1-L5 (abstract).

El último paper de la Fuente Marcos es:

“An Update on the Future Flyby of Gliese 710 to the Solar System Using Gaia DR3: Flyby Parameters Reproduced, Uncertainties Reduced,” Research Notes of the AAS Vol. 6, No. 6 (June, 2022) 136 (full text).

El paper de García-Sánchez et al. es “Stellar Encounters with the Oort Cloud Based on Hipparcos Data,” Astronomical Journal 117 (February, 1999), 1042-1055 (full text).

El paper de Bailer-Jones es:

“New stellar encounters discovered in the second Gaia data release,” Astronomy & Astrophysics Vol. 616, A37 (13 August 2018). Abstract.

Fuente: Centaury Dreams.

Artículo original:Two Close Stellar Passes‘. Paul Gilster. July 8, 2022.

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