Hubble y Webb revelan que objetos más allá de Neptuno preservan la historia de su formación

Por primera vez, científicos usaron el poder combinado de los telescopios espaciales Hubble y Webb de la NASA para estudiar algunos de los cuerpos más alejados de nuestro sistema solar: los objetos transneptunianos. Algunos son los más pequeños y débiles jamás observados directamente. Los investigadores encontraron, inesperadamente, menos objetos pequeños de lo esperado y que los colores de estos cuerpos seguían las mismas relaciones que sus miembros familiares más grandes.

Estos objetos son típicamente pequeños, débiles y cuerpos helados que orbitan más allá de Neptuno. La mayoría son más de 100 millones de veces más tenues que objetos visibles a simple vista. En dos artículos complementarios publicados en The Astronomical Journal, equipos analizaron el color, composición y distribución de tamaños de 27 objetos transneptunianos recém descubiertos.

Esta clase de cuerpos pequeños ofrece la mejor vista a una etapa temprana de formación planetaria, cuando un disco de polvo y guijarros en órbita alrededor del sol se fusionó en “planetesimales” del tamaño de ciudades, los bloques sólidos que se agrupan para formar planetas, pero que aún no se habían fusionado en mundos completos. Más allá de Neptuno, esta segunda etapa nunca ocurrió, dejando atrás una población congelada de planetesimales.

En el estudio más profundo de objetos transneptunianos hasta la fecha, equipos liderados por candidatos a doctorado de la Universidad de Victoria en Canadá y la Universidad del Norte de Arizona, bajo la guía del Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá, examinaron una región del cielo simultáneamente con Hubble, observando la luz visible de los objetos, y con Webb, observando su luz infrarroja. Los investigadores midieron los colores de los objetos, que son como huellas dactilares de la composición superficial, así como sus tamaños y determinaron sus órbitas.

En las observaciones coordinadas, los equipos estudiaron dos tipos diferentes de objetos transneptunianos. Los primeros, dinámicamente “fríos”, están en sus órbitas originales, relativamente circulares alrededor del sol, en el plano del sistema solar. El segundo tipo, dinámicamente “calientes”, se formaron entre las ubicaciones actuales de Urano y Neptuno pero fueron empujados hacia afuera a sus ubicaciones actuales cuando los gigantes gaseosos exteriores emigraron temprano en la historia del sistema solar. Hoy residen en órbitas altamente elípticas y se mueven dentro y fuera del plano de nuestro sistema solar.

Antes de estas observaciones, los astrónomos pensaban que los objetos transneptunianos pequeños de ambas poblaciones habrían sufrido numerosas colisiones, cambiando sus superficies comparado con los más grandes. Pero eso no es lo que mostraron las observaciones. En cambio, los cuerpos pequeños se parecen a sus contrapartes más grandes. Esto implica que las colisiones no están cambiando significativamente las superficies, quizás porque hay menos colisiones de lo esperado o porque los objetos de alguna manera retienen sus composiciones primordiales pre-colisión.

“Podrías imaginar un escenario donde ser golpeado y fragmentado cambiaría la composición de la superficie, y entonces verías un color de superficie diferente para los objetos transneptunianos pequeños comparado con sus hermanos más grandes. Entonces es realmente fascinante ver que los objetos más pequeños de alguna manera ‘recuerdan’ y preservan la historia de cómo fueron hechos”, dijo Anastasia Morgan, candidata a doctorado de la Universidad del Norte de Arizona que lideró el estudio de color y composición.

“Estos objetos dinámicamente ‘calientes’ retienen una firma de dónde nacieron, aunque han sido reorganizados orbitalmente desde entonces”, dijo David Trilling, coautor de la Universidad del Norte de Arizona.

Ambas poblaciones, la “caliente” y la “fría”, parecen mantener los mismos colores que cuando se formaron, con poco cambio desde el nacimiento del sistema solar.

Los datos de Webb también permitieron a los investigadores medir el número de objetos de cada tamaño. Encontraron que las distribuciones de tamaño generales para ambas poblaciones eran sorprendentemente similares.

“Es muy interesante que el proceso de formación de planetesimales termine produciendo la misma distribución de tamaños para ambas poblaciones, a pesar de formarse en diferentes regiones del sistema solar temprano. El proceso parece ser insensible a las condiciones del disco, produciendo tamaños de planetesimales similares ya sea que el disco esté caliente o frío, y denso o esponjoso”, dijo Marielle Eduardo, candidata a doctorado de la Universidad de Victoria que lideró el estudio sobre distribución de tamaños.

Los investigadores también encontraron menos de estos cuerpos muy pequeños de lo esperado según algunos modelos de formación planetaria. Webb descubrió 27 objetos transneptunianos nuevos y notablemente débiles, incluyendo uno tan tenue que es equivalente a estar de pie en la Tierra y ver un pequeño enjambre de luciérnagas en la luna. El más pequeño que observaron tiene un diámetro de aproximadamente 5 kilómetros, unas cinco veces más pequeño de lo que es posible detectar con los telescopios terrestres más sensibles.

Este proyecto no habría sido posible sin que Hubble y Webb trabajaran juntos para detectar y caracterizar estos objetos. Con la sensibilidad de Hubble en luz visible y la de Webb en infrarrojo, los telescopios espaciales proporcionan más información que cualquiera de los dos por separado.