El extraño cometa 'Oumuamua que alguna vez se pensó que era un Ovni

Pero el hecho de que se estaba alejando del sol de una manera que los astrónomos no podían explicar dejó perplejos a los científicos, lo que llevó a algunos a sugerir que se trataba de una nave espacial extraterrestre.

Ahora, un astroquímico de la Universidad de California, Berkeley, y un astrónomo de la Universidad de Cornell argumentan que las misteriosas desviaciones del cometa de una trayectoria hiperbólica alrededor del sol pueden explicarse por un mecanismo físico simple, probablemente común entre muchos cometas helados: la desgasificación de hidrógeno como el cometa calentado a la luz del sol.

Lo que hizo a 'Oumuamua diferente de cualquier otro cometa bien estudiado en nuestro sistema solar fue su tamaño: era tan pequeño que su desviación gravitacional alrededor del sol se vio ligeramente alterada por el pequeño empuje creado cuando el gas de hidrógeno salió a borbotones del hielo.

La mayoría de los cometas son esencialmente bolas de nieve sucias que periódicamente se acercan al sol desde los confines de nuestro sistema solar. Cuando se calienta con la luz solar, un cometa expulsa agua y otras moléculas, produciendo un halo brillante o coma a su alrededor y, a menudo, colas de gas y polvo. Los gases expulsados actúan como los propulsores de una nave espacial para dar al cometa una pequeña patada que altera ligeramente su trayectoria de las órbitas elípticas típicas de otros objetos del sistema solar , como asteroides y planetas.

Las rarezas de 'Oumuamua

Cuando se descubrió, 'Oumuamua no tenía coma ni cola y era demasiado pequeño y estaba demasiado lejos del sol para capturar suficiente energía para expulsar mucha agua, lo que llevó a los astrónomos a especular salvajemente sobre su composición y lo que lo empujaba hacia afuera. ¿ Fue un iceberg de hidrógeno desgasificando H2 (hidrógeno molecular) ? ¿Un copo de nieve grande y esponjoso empujado por la ligera presión del sol? ¿Una vela ligera creada por una civilización alienígena? ¿Una nave espacial por sus propios medios?

Jennifer Bergner, profesora asistente de química de UC Berkeley que estudia las reacciones químicas que ocurren en rocas heladas en el frío vacío del espacio, pensó que podría haber una explicación más simple. Abordó el tema con un colega, Darryl Seligman, ahora becario postdoctoral de la Fundación Nacional de Ciencias en la Universidad de Cornell, y decidieron trabajar juntos para probarlo.

"Un cometa que viaja a través del medio interestelar básicamente está siendo cocinado por la radiación cósmica, formando hidrógeno como resultado. Nuestro pensamiento fue: si esto estaba sucediendo, ¿podría realmente atraparlo en el cuerpo, de modo que cuando ingrese al sistema solar y se se calentó, desgasificaría ese hidrógeno?" dijo Bergner. "¿Podría eso producir cuantitativamente la fuerza que necesitas para explicar la aceleración no gravitatoria?"

Sorprendentemente, descubrió que la investigación experimental publicada en las décadas de 1970, 1980 y 1990 demostró que cuando el hielo es golpeado por partículas de alta energía similares a los rayos cósmicos, el hidrógeno molecular (H2 ) se produce abundantemente y queda atrapado dentro del hielo. De hecho, los rayos cósmicos pueden penetrar decenas de metros en el hielo, convirtiendo una cuarta parte o más del agua en hidrógeno gaseoso.

"Para un cometa de varios kilómetros de diámetro, la desgasificación sería de un caparazón realmente delgado en relación con la mayor parte del objeto, por lo que tanto en términos de composición como de aceleración, no necesariamente esperaría que sea un efecto detectable", dijo. "Pero debido a que 'Oumuamua era tan pequeño, creemos que en realidad produjo suficiente fuerza para impulsar esta aceleración".

Se cree que el cometa, que era ligeramente rojizo, tenía un tamaño aproximado de 115 por 111 por 19 metros. Si bien las dimensiones relativas eran bastante seguras, los astrónomos no podían estar seguros del tamaño real porque era demasiado pequeño y distante para que los telescopios lo resolvieran. El tamaño tuvo que estimarse a partir del brillo del cometa y cómo cambió el brillo a medida que el cometa caía. Hasta la fecha, todos los cometas observados en nuestro sistema solar, los cometas de período corto que se originan en el cinturón de Kuiper y los cometas de período largo de la nube de Oort, más distante, han oscilado entre alrededor de 1 kilómetro y cientos de kilómetros de ancho.

"Lo hermoso de la idea de Jenny es que es exactamente lo que debería pasar con los cometas interestelares", dijo Seligman. "Teníamos todas estas ideas estúpidas, como icebergs de hidrógeno y otras cosas locas, y es solo la explicación más genérica".

Bergner y Seligman publicarán sus conclusiones esta semana en la revista Nature. Ambos eran becarios posdoctorales en la Universidad de Chicago cuando comenzaron a colaborar en el artículo.

Mensajero de lejos

Los cometas son rocas heladas que quedaron de la formación del sistema solar hace 4.500 millones de años, por lo que pueden informar a los astrónomos sobre las condiciones que existían cuando se formó nuestro sistema solar. Los cometas interestelares también pueden dar pistas sobre las condiciones alrededor de otras estrellas rodeadas por discos formadores de planetas.

"Los cometas preservan una instantánea de cómo se veía el sistema solar cuando estaba en la etapa de evolución en la que se encuentran ahora los discos protoplanetarios", dijo Bergner. "Estudiarlos es una forma de mirar hacia atrás a cómo era nuestro sistema solar en la etapa inicial de formación".

Los sistemas planetarios lejanos también parecen tener cometas, y es probable que muchos sean expulsados debido a las interacciones gravitatorias con otros objetos en el sistema, lo que los astrónomos saben que ocurrió a lo largo de la historia de nuestro sistema solar. Algunos de estos cometas rebeldes deberían ingresar ocasionalmente a nuestro sistema solar, brindando la oportunidad de aprender sobre la formación de planetas en otros sistemas.

"Podría decirse que los cometas y asteroides del sistema solar nos han enseñado más sobre la formación de planetas que lo que hemos aprendido de los planetas reales del sistema solar", dijo Seligman. "Creo que los cometas interestelares podrían decirnos más sobre los planetas extrasolares que los planetas extrasolares de los que estamos tratando de obtener mediciones hoy".

En el pasado, los astrónomos publicaron numerosos artículos sobre lo que podemos aprender de la falta de observación de cometas interestelares en nuestro sistema solar.

Luego, apareció 'Oumuamua.

El 19 de octubre de 2017, en la isla de Maui, los astrónomos que utilizan el telescopio Pan-STARRS1, operado por el Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawái en Manoa, notaron por primera vez lo que pensaron que era un cometa o un asteroide. Una vez que se dieron cuenta de que su órbita inclinada y su alta velocidad (87 kilómetros por segundo) implicaban que provenía de fuera de nuestro sistema solar, le dieron el nombre 1I/'Oumuamua (oh MOO-uh MOO-uh), que es hawaiano para "un mensajero de lejos que llega primero". Fue el primer objeto interestelar aparte de los granos de polvo jamás visto en nuestro sistema solar. Un segundo, 2I/Borisov, fue descubierto en 2019, aunque se veía y se comportaba más como un cometa típico.

A medida que más y más telescopios se enfocaban en 'Oumuamua, los astrónomos pudieron trazar su órbita y determinar que ya había girado alrededor del sol y se dirigía fuera del sistema solar.

Debido a que el brillo de 'Oumuamua cambiaba periódicamente por un factor de 12 y variaba asimétricamente, se asumió que era muy alargado y giraba de un extremo a otro. Los astrónomos también notaron una ligera aceleración alejándose del sol más grande que la observada en los asteroides y más característica de los cometas. Cuando los cometas se acercan al sol, el agua y los gases expulsados de la superficie crean una coma gaseosa brillante y liberan polvo en el proceso. Por lo general, el polvo que queda en la estela del cometa se vuelve visible como una cola, mientras que el vapor y el polvo empujados por la presión de la luz de los rayos solares producen una segunda cola que apunta en dirección opuesta al sol, además de un pequeño empuje inercial hacia el exterior. También pueden liberarse otros compuestos, como materiales orgánicos atrapados y monóxido de carbono.

¿Por qué estaba acelerando?

Pero los astrónomos no pudieron detectar coma, moléculas desgasificadas o polvo alrededor de 'Oumuamua. Además, los cálculos mostraron que la energía solar que golpea al cometa sería insuficiente para sublimar el agua o los compuestos orgánicos de su superficie para darle la patada no gravitatoria observada. Solo los gases hipervolátiles como el H2 , el N2 o el monóxido de carbono (CO) podrían proporcionar suficiente aceleración para igualar las observaciones, dada la energía solar entrante.

"Nunca habíamos visto un cometa en el sistema solar que no tuviera una coma de polvo. Entonces, la aceleración no gravitacional realmente fue extraña", dijo Seligman.

Esto llevó a mucha especulación sobre qué moléculas volátiles podrían estar en el cometa para causar la aceleración. El propio Seligman publicó un artículo en el que argumentaba que si el cometa estuviera compuesto de hidrógeno sólido (un iceberg de hidrógeno), liberaría suficiente hidrógeno en el calor del sol para explicar la extraña aceleración. En las condiciones adecuadas, un cometa compuesto de nitrógeno sólido o monóxido de carbono sólido también se desgasificaría con suficiente fuerza como para afectar la órbita del cometa.

Pero los astrónomos tuvieron que estirarse para explicar qué condiciones podrían conducir a la formación de cuerpos sólidos de hidrógeno o nitrógeno, que nunca antes se habían observado. ¿Y cómo podría sobrevivir un cuerpo sólido de H 2 durante quizás 100 millones de años en el espacio interestelar?

Bergner pensó que la desgasificación del hidrógeno atrapado en el hielo podría ser suficiente para acelerar 'Oumuamua. Como experimentalista y teórica, estudia la interacción del hielo muy frío, enfriado a 5 o 10 grados Kelvin, la temperatura del medio interestelar (ISM), con los tipos de partículas energéticas y radiación que se encuentran en el ISM.

Al buscar en publicaciones anteriores, encontró muchos experimentos que demostraban que los electrones de alta energía, los protones y los átomos más pesados podían convertir el hielo de agua en hidrógeno molecular, y que la estructura de bola de nieve esponjosa de un cometa podía atrapar el gas en burbujas dentro del hielo. Los experimentos demostraron que cuando se calienta, como por el calor del sol, el hielo se recoce (cambia de una estructura amorfa a una cristalina) y expulsa las burbujas, liberando el gas de hidrógeno. El hielo en la superficie de un cometa, calcularon Bergner y Seligman, podría emitir suficiente gas, ya sea en un haz colimado o en forma de abanico, para afectar la órbita de un cometa pequeño como 'Oumuamua.

"La conclusión principal es que 'Oumuamua es consistente con ser un cometa interestelar estándar que acaba de experimentar un procesamiento intenso", dijo Bergner. "Los modelos que ejecutamos son consistentes con lo que vemos en el sistema solar a partir de cometas y asteroides. Entonces, esencialmente podría comenzar con algo que se parece a un cometa y hacer que este escenario funcione".

Cometas 'oscuros'

Seligman dijo que su conclusión sobre la fuente de la aceleración de 'Oumuamua debería cerrar el libro sobre el cometa. Desde 2017, él, Bergner y sus colegas han identificado otros seis pequeños cometas sin coma observable, pero con pequeñas aceleraciones no gravitacionales, lo que sugiere que estos cometas "oscuros" son comunes. Si bien es poco probable que el H2 sea responsable de las aceleraciones de los cometas oscuros, señaló Bergner, junto con 'Oumuamua revelan que hay mucho que aprender sobre la naturaleza de los cuerpos pequeños en el sistema solar.

Uno de estos cometas oscuros, 1998 KY 26 , es el próximo objetivo de la misión japonesa Hayabusa2, que recientemente recolectó muestras del asteroide Ryugu. Se pensaba que el KY 26 de 1998 era un asteroide hasta que se identificó como un cometa oscuro en diciembre.

Referencia

Jennifer Bergner, Acceleration of 1I/'Oumuamua from radiolytically produced H2 in H2O ice, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-022-05687-w. www.nature.com/articles/s41586-022-05687-w

Proporcionado por la Universidad de California - Berkeley