El 19 de octubre de 2017, los astrónomos del estudio Pann-STARRS observaron un objeto interestelar que pasaba a través de nuestro sistema:1I/2017 U1 'Oumuamua. Esta fue la primera vez que se detectó una ISO, lo que confirma que este tipo de objetos atraviesan el sistema solar con regularidad, como predijeron los astrónomos décadas antes. Sólo dos años después, se detectó un segundo objeto:el cometa interestelar 2I/Borisov. Dada la naturaleza inusual de 'Oumuamua (todavía una fuente de controversia) y la información que los ISO podrían revelar sobre sistemas estelares distantes, los astrónomos están ansiosos por observar más de cerca a los futuros visitantes.
Por ejemplo, se han hecho múltiples propuestas para naves espaciales interceptoras que podrían ponerse al día con futuras ISO, estudiarlas e incluso realizar un retorno de muestras (como el Comet Interceptor de la ESA). En un nuevo artículo de un equipo del Southwest Research Institute (SwRI), Alan Stern y sus colegas estudiaron posibles conceptos y recomendaron una misión de sobrevuelo ISO robótica especialmente diseñada llamada Interstellar Object Explorer (IOE). También demuestran cómo se podría realizar esta misión con un presupuesto modesto con la tecnología de vuelos espaciales actual.
El estudio fue realizado por Alan Stern, investigador principal de las misiones New Horizons de la NASA, y sus colegas del Southwest Research Institute (SwRI) en Boulder, Colorado. Entre ellos se encontraba la científica principal Silvia Protopapa, el gerente Matthew Freeman, el investigador y director Joel Parker y el ingeniero de sistemas Mark Tapley. A ellos se unieron el investigador asociado de Cornell, Darryl Z. Seligman, y Caden Andersson, investigador de la empresa Custom Microwave Inc. (CMI), con sede en Colorado. Su artículo fue publicado el 5 de febrero de 2024 en la revista Planetary and Space Science. .
Desde que 'Oumuamua zumbó por primera vez en nuestro sistema, los científicos han asignado un alto valor a los ISO, que representan el material expulsado de otros sistemas solares. Al obtener muestras y estudiarlas de cerca, podríamos aprender mucho sobre la formación de otras estrellas y planetas sin tener que enviar misiones allí. También podríamos aprender mucho sobre el medio interestelar (ISM) y cómo el material orgánico, y tal vez incluso los componentes básicos de la vida, se distribuyen por toda la galaxia (también conocida como teoría de la panspermia). Como afirman en su artículo:
"Los ISO representan los restos de la formación de sistemas planetarios alrededor de otras estrellas. Como tal, su estudio ofrece nuevos conocimientos críticos sobre las características químicas y físicas de los discos de los que se originaron. Además, un análisis exhaustivo de su composición, geología y La actividad arrojará luz sobre los procesos detrás de la formación y evolución de planetesimales en otros sistemas solares.
"Los encuentros cercanos con cuerpos pequeños en nuestro sistema solar han mejorado enormemente nuestra comprensión de estos objetos, contextualizado nuestras observaciones terrestres y avanzado nuestro conocimiento de los modelos de formación planetesimal. De manera similar, un sobrevuelo cercano de un ISO promete ser igualmente transformador. Se presenta como el siguiente paso lógico en la exploración de la historia temprana tanto de nuestro sistema solar como de los sistemas exoplanetarios".
Además, los estudios de población de ISO han indicado que alrededor de siete pasan por nuestro sistema solar cada año. Mientras tanto, otras investigaciones han demostrado que algunos son capturados periódicamente y todavía están aquí. Con la entrada en funcionamiento de instrumentos de próxima generación, los científicos anticipan que habrá un aumento significativo en la tasa de descubrimientos ISO a finales de los años 2020 y en los años 2030. Esto incluye el Observatorio Vera C. Rubin actualmente en construcción en Chile, que se espera que reciba su primera luz en enero de 2025.
Los investigadores prevén que el observatorio recopilará datos sobre más de cinco millones de objetos del cinturón de asteroides, 300.000 troyanos de Júpiter, 100.000 objetos cercanos a la Tierra y más de 40.000 objetos del cinturón de Kuiper. También estiman que detectará alrededor de 15 objetos interestelares en su primera ejecución de 10 años, conocida como Legacy Survey of Space and Time, aunque otras estimaciones dicen hasta 70 ISO por año. Para su estudio, Stern y sus colegas suponen que cualquier ISO dentro de una distancia de aproximadamente el doble de la distancia entre la Tierra y el Sol (2 AU) sería lo suficientemente brillante como para ser detectable por el LSST.
Como explican Stern y sus colegas en su artículo, la OIE propuesta tendría dos objetivos científicos principales. Estos incluyen determinar la "composición de la ISO para proporcionar información sobre su origen y evolución". Como se señaló, estos estudios proporcionarían información invaluable sobre las condiciones iniciales del sistema solar anfitrión de la ISO. En este sentido, la OIE proporcionaría información similar a la que reveló la misión New Horizons sobre el objeto Arrokoth del cinturón de Kuiper o cómo la misión Rosetta de la ESA detectó los componentes básicos de la vida en el cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko.
En segundo lugar, la OIE determinaría o limitaría la "naturaleza, composición y fuentes de la actividad del coma ISO y determinaría los procesos responsables de [la] actividad observada". Normalmente, la actividad del coma resulta de la sublimación del hielo cuando los objetos se acercan a una estrella, lo que libera granos de polvo y moléculas orgánicas refractarias del núcleo. Como han demostrado observaciones anteriores, la actividad de los cometas depende del calentamiento solar y de las propias características físicas del cometa. Como expresaron Stern y sus colegas en su artículo:
"Al caracterizar la composición y distribución espacial del coma de un ISO, la IOE puede determinar directamente los componentes primarios de su ISO objetivo, identificar los mecanismos detrás de la actividad del coma y profundizar nuestros conocimientos sobre la composición y los procesos existentes en su disco de formación protoplanetaria, donde se encuentran los planetesimales. como si se estuviera formando… Además, comparar las propiedades físicas (es decir, la composición química, la distribución de tamaños, el tipo de mezcla) de los hielos y refractarios en el coma con los de la superficie puede proporcionar información sobre los procesos potenciales que pueden haber modificado las superficies. "
Basándose en estos objetivos científicos, Stern y sus colegas enumeraron los instrumentos que necesitaría la OIE. Estos incluyen:
El siguiente paso es el diseño de la propia nave espacial, que está dictado por la naturaleza efímera de los ISO. Como demostraron 'Oumuamua y Borisov, la velocidad de los ISO significa que es probable que pasen desapercibidos hasta que estén cerca del borde interior del cinturón principal de asteroides. Además, sus trayectorias hiperbólicas significan que es probable que giren alrededor de nuestro sol y se vuelvan inalcanzables poco después de ser detectados. Por último, está el posicionamiento de la misión de intercepción en sí, que afecta directamente la capacidad de la nave espacial para desplegarse y alcanzar el ISO objetivo.
Para su estudio, Stern y su equipo seleccionaron una ubicación de "órbita de almacenamiento" en el punto Lagrange L1 Tierra-Luna, ubicado entre la Tierra y la Luna. Esta ubicación tiene varias ventajas, en particular cómo una nave espacial posicionada necesitará generar muy poco empuje para alcanzar la velocidad de escape, lo que significa que la mayor parte de su aceleración disponible (delta-v) se destinará a su trayectoria de intercepción. Esta órbita de almacenamiento también significa que se necesita menos propulsor y menos tiempo para ponerse en marcha, y permite una rápida asistencia gravitacional desde un sobrevuelo cercano a la Tierra.
Para su estudio, Stern y su equipo establecieron un límite de detectabilidad de 2 AU y simularon ISO con una velocidad media de 32,14 km/s (~20 mps) y una aproximación solar más cercana de 10 AU o menos. Otras limitaciones que se consideraron incluyeron las posiciones de la Tierra y del ISO en el momento de su detección, los parámetros de la órbita del ISO, la distancia máxima que una misión podría interceptar un ISO (también conocido como el "radio de intercepción heliocéntrico") y la velocidad relativa. entre la nave espacial y la ISO. Para analizar eficazmente estos datos, el equipo generó un algoritmo para optimizar la trayectoria de intercepción y establecer un pequeño subconjunto de ISO que podrían interceptarse.
Simularon todos estos cálculos durante un período de 10 años y (utilizando misiones anteriores como precedentes) derivaron varios parámetros clave. Como establecieron, la misión tendría que ser capaz de alcanzar una aceleración (delta-v) de 3,0 km/s, establecer una altitud mínima de sobrevuelo de 400 km (~250 mi), interceptar el ISO dentro de 3 AU del sol y alcanzar una velocidad de sobrevuelo de 100 km/s (62 mps). Una vez establecida esta "esfera de detectabilidad", descubrieron que las posibilidades de una intercepción exitosa aumentaban considerablemente a velocidades más altas (3 a 3,9 km/s (1,86 a 2,4 mps)) y a distancias cercanas a 3 AU.
El estudio de los ISO es un campo floreciente de investigación astronómica que abarca observatorios de próxima generación (como Vera Rubin) y misiones de intercepción propuestas. Además de la OIE, se han propuesto conceptos similares desde la detección de 'Oumuamua y 2I/Borisov, incluido el Proyecto Lyra, una propuesta realizada por el Instituto de Estudios Interestelares (i4is). Si bien una misión de este tipo puede tardar años en realizarse, estudios detallados como este ayudarán a informar la siguiente fase de desarrollo:el diseño y prueba de los conceptos de la misión en sí.
Stern y sus colegas reconocen que se necesita más investigación antes de que esto suceda, pero enfatizan que su trabajo es un primer paso importante. "A continuación se necesitará un trabajo más detallado para preparar mejor el concepto de misión que se propondrá a una futura oportunidad de misión de la NASA", escriben, "pero este informe proporciona los objetivos básicos, los requisitos clave y los atributos de la misión como punto de partida". /P>
Más información: S. Alan Stern et al, Un estudio de una misión de exploración de objetos interestelares (IOE), Ciencia planetaria y espacial (2024). DOI:10.1016/j.pss.2024.105850
Proporcionado por Universe Today
