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Webb podría descubrir cómo pequeños objetos helados en los márgenes del sistema solar forman planetas

El más grande resultados exitosos de las primeras semanas del El Telescopio Espacial James Webb la investigación ha consistido en ver galaxias masivas en las distancias y tiempos más extremos imaginables. Pero algunas de sus observaciones más reveladoras buscarán los objetos más pequeños jamás vistos en los límites de nuestro sistema solar.

Utilizando la NIRCam de infrarrojo cercano del JSWT junto con observaciones ópticas casi simultáneas del Hubble, un equipo de astrónomos planea examinar los objetos más pequeños jamás vistos en la Tierra. cinturón de Kuiper – tres o cuatro veces más pequeño que cualquier cosa que la humanidad haya podido encontrar antes a esta distancia. Y al observarlos, esperan resolver preguntas de larga data sobre las primeras etapas de formación planetaria en el sistema solar primitivo antes de que los planetas enanos como Plutón y Eris fueran interrumpidos a mitad de la formación.

Qué hay de nuevo – JWST es extremadamente sensible en comparación con los instrumentos a los que los astrónomos han tenido acceso en el pasado, señala wes fraser, astrónomo del Observatorio Astrofísico Dominion en Canadá. En 2003, algunos miembros de este mismo equipo utilizaron lo que entonces era el instrumento más sensible disponible, la Cámara de Sondeo Avanzado del Telescopio Espacial Hubble, instalada en 2002, para determinar la distribución de tamaño de los objetos en el Cinturón de la Tierra Kuiper.

Este estudio creó una de las imágenes más grandes y profundas del cielo jamás tomadas. Pero solo pudo detectar un puñado de objetos de menos de 100 kilómetros de ancho. Incluso en una observación inicial bastante corta como esta de unas 40 horas, el telescopio Webb puede ver objetos casi dos magnitudes (alrededor de 6x) más débiles.

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Esto significa que el tamaño de los objetos observables más pequeños en el Cinturón de Kuiper está a punto de caer de 20 kilómetros a unos cinco kilómetros. Y si bien eso puede no parecer una gran diferencia, Fraser señala que esta distinción es crucial para comprender cómo se forman los planetas. «En realidad parece estar cruzando un umbral relativamente crítico», dijo Fraser. Reverso.

La sonda New Horizons es la única hasta la fecha que explora el Cinturón de Kuiper. MARK GARLICK/BIBLIOTECA DE FOTOS CIENTÍFICAS/Biblioteca de fotografías científicas/Getty Images

Por qué es importante – Esto ayudará a resolver un debate de larga data. Los astrónomos tienen dos modelos diferentes de la formación de los primeros planetas. El más antiguo es un patrón de crecimiento jerárquico donde, uno por uno, los guijarros chocan y forman cantos rodados, que chocan y eventualmente forman planetesimales, y así sucesivamente. Un patrón más reciente se define por el colapso gravitacional, donde una nube de gas y polvo se junta y rápidamente forma objetos más grandes.

Ambos modelos producen resultados similares al tamaño de los objetos observados fácilmente por los astrónomos en el pasado. Pero los pequeños objetos del cinturón de Kuiper que Webb podrá ver pondrán a prueba ambos modelos.

Debido a su relativa ineficiencia, el modelo de crecimiento jerárquico producirá «una enorme cantidad de objetos muy pequeños; menos del uno por ciento del polvo llega realmente a Plutón», dice Fraser. El modelo de colapso gravitacional es mucho mejor para convertir objetos pequeños en planetesimales, y señala que «esto debería ser muy fácil de diferenciar, porque en uno verás 30 o 50 objetos y en el otro verás de 5 a 10». Al ver cuántos objetos pequeños hay en el Cinturón de Kuiper, los astrónomos tendrán una idea mucho mejor de los procesos que primero formaron los planetas.

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Debido a que están utilizando el JWST junto con el Hubble, también podrán obtener datos visuales sobre la superficie de estos objetos, lo que significa que los astrónomos podrán ver si los objetos del Cinturón de Kuiper parecen haber sufrido colisiones poderosas o si están relativamente intactos. superficies. También podrán ver si es probable que ocurran en pares binarios como lo hacen los objetos más grandes, una de las pruebas más importantes del colapso gravitatorio.

1994 JR1 visto por New Horizons. El objeto, también llamado 15810 Arawn, fue uno de los primeros objetos del Cinturón de Kuiper descubiertos además de Plutón o Caronte. NASA/JHUAPL/SwRI

Y después – El Dr. Fraser señala que este es solo el primer conjunto de avistamientos y que es casi seguro que ocurrirán más en el futuro. Las observaciones más largas verían objetos aún más pequeños.

Pero lo más importante es el intercambio de datos entre diferentes astrónomos. Otros astrónomos, incluso aquellos que entrenan a Webb en los objetos más distantes en lugar del patio trasero del sistema solar, hacen observaciones similares de la misma región del espacio. Y Fraser dice que se dio cuenta: «Hace aproximadamente un mes se me ocurrió algo que aún no he podido decirle a mis colegas», que «es como, oh Dios mío, podemos usar esta información exactamente en el de la misma manera que la observación prevista y ¡obtenga la ciencia gratis!

Después de hablar con colegas en diferentes subcampos de todo el mundo, el equipo ahora planea comenzar a usar otras observaciones además de las propias. Muchos astrónomos diferentes usarán la NIRCam de Webb para tomar los mismos tipos de tomas, con muchas exposiciones cortas consecutivas, a lo largo del plano de la eclíptica del sistema solar. El equipo podrá reutilizar las imágenes, dice Fraser, al igual que otros astrónomos podrán encontrar galaxias distantes en sus imágenes que «saldrán naturalmente de nuestros datos».

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Y en un caso, eso implicó reconectarse con viejos amigos que fueron en diferentes direcciones en el campo. “Él trabaja en galaxias y cosmología, yo trabajo en el sistema solar. No podrían ser más diferentes. Su programa pasa a ejecutar el estudio de la cosmología. Nunca tendría motivos para hablarle de otra manera en un contexto profesional real. Y eso es realmente genial para mí.

Estas otras observaciones también vendrán de todo el sistema solar, lo que significa que «ahora tenemos la distribución dinámica de objetos de este tamaño», un resultado inesperado. En retrospectiva, a Fraser no le sorprendió que los avistamientos pudieran reutilizarse. Señala el hecho de que los astrónomos ya comenzaron a reutilizar imágenes del lanzamiento inicial: «Creo que esa es una de las cosas realmente geniales de una nueva capacidad como la proporcionada por JWST, que habrá todo tipo de datos tomados en ese será útil en formas totalmente imprevistas que los diseñadores originales simplemente nunca pensaron.

Para él, esto representa un cambio único en una generación. «Creo que esa es una de las cosas realmente buenas de las que aún no se ha hablado, reunirá a grupos de astrónomos que nunca considerarían hablar entre ellos de una manera que no se obtiene con otras instalaciones… Es muy, muy salvaje para mí.