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| La Dark Energy Survey Camera (DECam) en la sala blanca del SiDet. La Cámara de Energía Oscura fue diseñada específicamente para el Dark Energy Survey. Crédito: DES |
En un futuro próximo, los astrónomos se beneficiarán de la presencia de telescopios de nueva generación como el telescopio espacial James Webb (JWST) y el telescopio espacial romano Nancy Grace (RST). Al mismo tiempo, la mejora de las técnicas de minería de datos y aprendizaje automático también permitirá a los astrónomos sacar más partido a los instrumentos existentes. En el proceso, esperan responder finalmente a algunas de las preguntas más candentes sobre el cosmos.
Por ejemplo, el Dark Energy Survey (DES ), un esfuerzo internacional de colaboración para cartografiar el cosmos, ha publicado recientemente los resultados de su estudio de seis años sobre el sistema solar exterior. Además de reunir datos sobre cientos de objetos conocidos, este estudio reveló 461 objetos no detectados anteriormente. Los resultados de este estudio podrían tener importantes implicaciones para nuestra comprensión de la formación y evolución del sistema solar.
La investigación fue dirigida por el Dr. Pedro Bernardinelli, candidato al doctorado en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Pensilvania (UPenn). A él se unieron Gary Bernstein y Masao Sako (dos profesores del Departamento de Física y Astronomía de la UPenn) y otros miembros de la Colaboración DES. A partir de 2013, DES trata de averiguar el papel que ha desempeñado (y sigue desempeñando) la energía oscura en la expansión y evolución del cosmos.
Entre 2013 y 2019, DES utilizó el Telescopio Blanco de 4 metros en el Observatorio Interamericano de Cerro Tololo (CTIO) en Chile para estudiar cientos de millones de galaxias, supernovas y la estructura a gran escala del universo. Aunque su objetivo principal es medir la tasa de aceleración de la expansión cósmica (también conocida como la Constante de Hubble-Lemaître) y la distribución espacial de la materia oscura, la Colaboración DES también informó del descubrimiento de TNOs individuales de interés. Como explicó el Dr. Bernardinelli a Universe Today por correo electrónico
"Un detalle importante es que cuando se toma una imagen del cielo, no sólo se ve lo que se busca, sino que también se ven otras cosas que están en la misma región del cielo y que pueden estar más cerca o más lejos del objetivo. Así que podemos ver cualquier cosa, desde aviones hasta asteroides o TNO, así como estrellas y galaxias lejanas. Así que podemos utilizar los datos para encontrar otras cosas (en mi caso, los TNO)".
Sus resultados se describieron en un estudio anterior, en el que la Colaboración DES compartió los primeros cuatro años de recogida de datos ("Y4"). Esto llevó al descubrimiento de 316 TNO individuales de interés y al desarrollo de nuevas técnicas de aprendizaje automático para la búsqueda de TNO. A partir de ahí, el equipo analizó los resultados de los seis años completos de datos del estudio DES ("Y6") para los TNO, aunque con algunas modificaciones y mejoras.
Esto incluyó la adopción de la versión inicial de la tubería TNO (la utilizada para el Y4), pero con una serie de cambios algorítmicos. También reprocesaron el catálogo del Y4 para detectar objetos más débiles y aumentaron la potencia de cálculo. Como resultado, el catálogo del Y6 era considerablemente mayor que el del Y4, lo que constituía la mayor diferencia (y desafío) entre los dos sondeos. En cierto sentido, dijo el Dr. Bernardinelli, la búsqueda del Y4 fue un ensayo general de la búsqueda del Y6:
"Todos estos desarrollos tecnológicos suponen algunos retos únicos para el DES, ya que, una vez más, no somos un proyecto del sistema solar, por lo que tuvimos que idear nuevas formas de buscar estos objetos (normalmente, los sondeos del TNO tienen varias imágenes por noche; nosotros sólo tenemos una). Me gusta describir este problema como "encontrar un clavo en un pajar" mezclado con "conectar los puntos" (tenemos que encontrar los 10 puntos entre 100 millones que corresponden a un solo objeto, ¡son números reales!) Así que todo lo que hicimos ayudará a futuros proyectos que tengan retos similares".
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| Concepto artístico de un objeto transneptuniano (TNO). Crédito: NASA |
Esta vez, la colaboración detectó 461 objetos no detectados anteriormente, lo que eleva el número total de TNO descubiertos por el DES a 777, y el número de TNO conocidos a casi 4000. También obtuvieron nuevos datos sobre muchos otros objetos, como el gran cometa C/2014 UN271, que el Dr. Bernardinelli y el coautor, el profesor Bernstein, descubrieron en 2014 mientras examinaban algunas de las imágenes de archivo del DES. Dijo el Dr. Bernardinelli:
"Todos estos desarrollos tecnológicos suponen algunos retos únicos para el DES, ya que, una vez más, no somos un proyecto del sistema solar, por lo que tuvimos que idear nuevas formas de buscar estos objetos (normalmente, los estudios del TNO tienen varias imágenes por noche, nosotros solo tenemos una). Me gusta describir este problema como "encontrar un clavo en un pajar" mezclado con "conectar los puntos" (tenemos que encontrar los 10 puntos entre 100 millones que corresponden a un solo objeto, ¡son números reales!) Así que todo lo que hicimos ayudará a futuros proyectos que tengan retos similares".
Las implicaciones de esta investigación son amplias y significativas. Para empezar, los astrónomos sospechan desde hace tiempo que la población de pequeños cuerpos que orbitan más allá de Neptuno son restos que quedaron de la formación del sistema solar. Además, la distribución orbital actual de estos objetos es el resultado de la migración de los planetas gigantes a sus órbitas actuales. Al migrar, expulsaron estos objetos a la región transneptuniana.
"Podemos utilizar estos objetos para tratar de rastrear esta historia. Al recopilar datos sobre cientos de estos objetos, entonces, podemos hacer todo tipo de preguntas, como "¿a qué velocidad migró Neptuno?" (nuestros datos muestran una preferencia por una migración más lenta) o "¿hay un noveno planeta escondido en las afueras del sistema solar?" (nuestros datos no muestran la señal esperada, pero esto no significa que descartemos la idea del Planeta 9)".
En resumen, al disponer de un censo de TNOs y restringir su dinámica orbital, los astrónomos podrán obtener nuevos conocimientos sobre cómo se formó y evolucionó nuestro sistema solar hace miles de millones de años. Ese conocimiento también podría informar nuestra comprensión de cómo surgen los sistemas habitables que dan lugar a la vida, facilitando así su búsqueda.
Fuentes, créditos y referencias:
Pedro H. Bernardinelli et al, A search of the full six years of the Dark Energy Survey for outer Solar System objects. arXiv:2109.03758v1 [astro-ph.EP], arxiv.org/abs/2109.03758
Créditos a Universe Today