Propiedades físicas de objetos transneptunianos y centauros

Abstract

Los objetos transneptunianos (TNOs) son aquellos cuerpos del Sistema Solar con órbitas cuyo semieje mayor es más grande que el de la órbita de Neptuno. Estos objetos se formaron en regiones exteriores a la línea de hielo, es decir, en zonas de la nebulosa protoplanetaria donde los elementos volátiles (compuestos químicos con bajos puntos de sublimación) tenían cabida, ya que las temperaturas eran suficientemente bajas como para permitir la formación de los mismos. Los TNOs poseen por tanto, de manera similar a los cometas, una composición basada en una mezcla de rocas y hielos (es decir, fases sólidas de los elementos volátiles). Debido a las grandes distancias que los separan del Sol, los materiales de sus superficies han sufrido menos procesos químicos en comparación con los de otros cuerpos del Sistema Solar. En cierto sentido, estos objetos son cápsulas del tiempo que contienen y mantienen prácticamente intacto el material del disco protoplanetario. Es por este motivo por el que el estudio de TNOs aporta información fundamental a cerca de la nebulosa solar primitiva y los materiales a partir de los cuales se formó el Sistema Solar. Esta observación incluye también a los centauros: objetos que provienen del cinturón transneptuniano, los cuales han sido inyectados a zonas más internas debido a encuentros planetarios, principalmente con Neptuno.

Esta tesis se ha llevado a cabo en el marco de un programa dedicado al estudio de las propiedades físicas de objetos transneptunianos y otros cuerpos pequeños del Sistema Solar, que lleva en curso más de dos décadas en el Instituto de Astrofísica de Andalucía, con financiación de entidades públicas nacionales, autonómicas y europeas. Dentro de este programa se utilizan técnicas variadas para el estudio de estos objetos, tanto observacionales como teóricas. Entre ellas, la técnica de la fotometría ha sido una de las herramientas destacadas, en la que el grupo ha hecho un gran número de contribuciones científicas y en la que esta tesis se encuadra.

Durante el desarrollo de esta tesis se ha abordado un estudio sistemático de un conjunto numeroso de objetos, si bien las conclusiones principales han podido derivarse de manera más concluyente para cuatro de ellos. Los resultados sobre estos objetos han sido publicados en 4 artículos recogidos en esta memoria de tesis, que se presenta en la modalidad de compendio de artículos. Análisis adicionales, así como la preparación de las correspondientes publicaciones, se encuentran en desarrollo.

El primer capítulo versa sobre el objeto transneptuniano 2008 OG19. Durante los primeros pasos de la investigación, quedó patente que se trataba de un cuerpo de unas características fuera de lo común. Resultó ser un objeto que presentaba una variabilidad fotométrica de más de 0.43 magnitudes, lo cual es algo extraordinariamente inusual, ya que solo existen menos de 10 objetos conocidos con estas características en el cinturón transneptuniano, en comparación con los ~150 objetos de los que se conoce su curva de luz. Identificar uno de estos objetos tan singulares es ya importante, pero además, del estudio fotométrico detallado se pudieron obtener características importantes tales como su periodo de rotación, forma y su densidad (suponiendo equilibrio hidrostático). Esto es también un logro considerable ya que la determinación de densidades de objetos del Sistema Solar es algo, en general, bastante complicado.

El segundo capítulo de resultados pertenece al centauro (10 199) Cariclo y está motivado por el descubrimiento de un sistema de anillos alrededor del mismo. En este trabajo se modelan los efectos producidos por el sistema de anillos y se deduce como la magnitud absoluta del centauro cambia en su recorrido orbital debido a la variación en el ángulo de visión del objeto respecto al observador. También se modelan los datos observacionales de la amplitud de la curva de luz, junto con los de la magnitud absoluta, a fin evaluar el tamaño de los semiejes del cuerpo principal y la contribución de los anillos. Además, suponiendo equilibrio hidrostático, se obtiene información sobre la densidad.

En el capítulo de (2060) Quirón se reinterpretan los resultados, publicados en la bibliografía, de ocultaciones estelares producidas por el centauro. Esta nueva interpretación propone la existencia de material en forma de anillo, similar al que se encuentra en Cariclo que, además, es confirmada mediante los estudios fotométricos de largo término, donde se modela la evolución temporal de la amplitud de la curva de luz y la magnitud absoluta. A través de la modelización también se obtiene el eje de rotación del objeto que encaja con el del anillo. La monitorización posterior del objeto verifica la validez de los modelos en los que se incluyen los efectos fotométricos producidos por los anillos del centauro.

Finalmente, el último capítulo de resultados está dedicado al análisis de los datos fotométricos del centauro (54 598) Bienor, el cual presenta características muy similares a las exhibidas por los centauros Cariclo y Quirón. Se obtienen nuevos datos observacionales de la amplitud de la curva de luz y la magnitud absoluta que serán utilizados, junto con los publicados en la bibliografía, para modelar conjuntamente su evolución temporal. Se proponen varios modelos para explicar la variación de ambos resultados fotométricos, entre ellos: (i) relajación de la suposición de equilibrio hidróstatico, (ii) variabilidad del albedo superficial y (iii) un sistema de cuerpo + anillo. Si bien no pueden descartase ninguno de ellos, el que produce mejores resultados en términos estadísticos es el que describe un anillo similar a los encontrados en los centauros Cariclo y Quirón.

Gracias a los modelos fotométricos de evolución temporal de la magnitud absoluta y la amplitud de la curva de luz, se han obtenido forma y dirección del eje de rotación para los tres centauros. Para Cariclo y Bienor se ha obtenido también la densidad. Con anterioridad a este trabajo, estas tres propiedades sólo han sido extraídas para un centauro más, (5145) Pholus.