(307261) 2002 MS 4 ( designación provisional 2002 MS 4 ) es un gran objeto transneptuniano en el cinturón de Kuiper , que es una región de planetesimales helados más allá de Neptuno . Fue descubierto el 18 de junio de 2002 por Chad Trujillo y Michael Brown durante su búsqueda de objetos brillantes del tamaño de Plutón en el cinturón de Kuiper en el Observatorio Palomar . Dentro de las incertidumbres de medición, 2002 MS 4 , 2002 AW 197 y 2013 FY 27 tienen un diámetro cercano a 800 km (500 millas), lo que los convierte en los objetos sin nombre más grandes del Sistema Solar. 2002 MS 4 es lo suficientemente grande como para que los astrónomos lo consideren un posible planeta enano .
La superficie de 2002 MS 4 es de color gris oscuro y está compuesta de hielos de agua y dióxido de carbono . 2002 MS 4 ha sido observada a través de ocultaciones estelares , que han revelado características topográficas masivas a lo largo del contorno de su forma. Estas características incluyen un pico parecido a una montaña de 25 km (16 millas) de altura y una depresión similar a un cráter de 320 km (200 millas) de ancho y 45 km (28 millas) de profundidad. 2002 Las características topográficas de MS 4 se encuentran entre las más altas y profundas conocidas de los cuerpos del Sistema Solar.
2002 MS 4 fue descubierta el 18 de junio de 2002 por los astrónomos Chad Trujillo y Michael Brown en el Observatorio Palomar en el condado de San Diego, California , Estados Unidos. [1] El descubrimiento formó parte de su Caltech Wide Area Sky Survey para objetos brillantes del cinturón de Kuiper del tamaño de Plutón utilizando el telescopio Samuel Oschin de 1,22 metros (48 pulgadas) del observatorio con su cámara CCD de campo amplio , que se operó conjuntamente con el telescopio nocturno. Programa de seguimiento de asteroides cercanos a la Tierra en Palomar. [14] : 100 Este estudio fue responsable del descubrimiento de varios otros objetos grandes más allá de Neptuno , que incluyen los planetas enanos Eris , Sedna y Quaoar . [15] : 214
2002 MS 4 fue encontrado mediante una investigación manual de posibles objetos en movimiento identificados por el software de búsqueda automática de imágenes del equipo. [14] : 101 Fue uno de los objetos más débiles detectados, justo por debajo de la magnitud límite del estudio con un brillo observado de magnitud 20,9. [14] : 99, 103 Se realizaron observaciones de seguimiento dos meses después con el telescopio de 1,52 metros (60 pulgadas) del Observatorio Palomar el 8 de agosto de 2002. [16] El descubrimiento fue anunciado por el Minor Planet Center el 21 de noviembre de 2002 y el El objeto recibió la designación provisional de planeta menor de 2002 MS 4 . [dieciséis]
Desde que recibió seguimiento en agosto de 2002, 2002 MS 4 permaneció sin ser observado durante más de nueve meses hasta que fue recuperado por Trujillo en el Observatorio Palomar el 29 de mayo de 2003, seguido de observaciones por Wolf Bickel en el Observatorio Bergisch Gladbach en Alemania en junio de 2003. [ 17] Estas observaciones de recuperación redujeron significativamente la incertidumbre de la órbita de 2002 MS 4 , permitiendo una mayor extrapolación de su posición hacia atrás en el tiempo para su identificación en observaciones previas a la recuperación . [18] El astrónomo Andrew Lowe identificó siete observaciones previas a la recuperación de placas de Digitized Sky Survey en 2007; la primera de ellas fue tomada el 8 de abril de 1954 por el Observatorio Palomar . [18] [19] : 42 A partir de 2023 , 2002 MS 4 ha sido observado durante más de 68 años, o aproximadamente el 25% de su período orbital . [2] [1][actualizar]
2002 MS 4 recibió su número de catálogo de planeta menor permanente de 307261 del Minor Planet Center el 10 de diciembre de 2011. [18] [20] : 292 Hasta el momento, permanece sin nombre y el privilegio de los descubridores para nombrar este objeto expiró diez años después. su numeración. [1] [21] : 6 Según las pautas de nomenclatura del Grupo de Trabajo para Nomenclatura de Cuerpos Pequeños de la Unión Astronómica Internacional , 2002 MS 4 está abierto a sugerencias de nombres relacionados con los mitos de la creación, como se requiere para los objetos del cinturón de Kuiper en general. [21] : 8
2002 MS 4 es un objeto transneptuniano (TNO) que orbita alrededor del Sol más allá de Neptuno con un período orbital de 269 años. [5] [b] Su semieje mayor o distancia orbital promedio desde el Sol es de 41,7 unidades astronómicas (AU), con una excentricidad orbital moderada [3] : 45 de 0,15. [5] En su órbita excéntrica, 2002 MS 4 se encuentra a 35,7 AU del Sol en el perihelio y a 47,8 AU en el afelio . [5] Tiene una inclinación orbital de casi 18° con respecto a la eclíptica . [5] 2002 MS 4 pasó por último el perihelio en abril de 1853, pasó el afelio en febrero de 1987 y realizará su próximo paso por el perihelio en junio de 2123. [23] [24] [6]
2002 MS 4 está ubicado en la región clásica del cinturón de Kuiper, a 37–48 AU del Sol, [25] : 227 y, por lo tanto, se clasifica como un objeto clásico del cinturón de Kuiper o cubewano. [3] : 53 2002 La alta inclinación orbital de MS 4 lo califica como un miembro dinámicamente "caliente" del cinturón de Kuiper clásico, lo que implica que fue dispersado gravitacionalmente hasta su ubicación actual por la migración planetaria hacia afuera de Neptuno en los inicios del Sistema Solar. historia. [25] : 227, 229 2002 La órbita actual de MS 4 está lo suficientemente lejos de Neptuno ( distancia mínima de intersección de la órbita 6,6 AU) [1] como para que ya no experimente dispersión debido a encuentros cercanos con el planeta. [4] [25] : 214
Un estudio dinámico realizado en 2007 simuló la evolución orbital del MS 4 2002 durante un período de 10 millones de años y descubrió que puede estar en una resonancia orbital de movimiento medio intermitente de 18:11 con Neptuno, [25] : 218, lo que parece causar Fluctaciones irregulares en la inclinación orbital y excentricidad del MS 4 de 2002. [25] : 225 A pesar de esto, los investigadores no consideran que 2002 MS 4 esté en resonancia con Neptuno. [4] [3] : 56 [10] : 2
En el cielo nocturno, 2002 MS 4 se encuentra cerca del centro galáctico de la Vía Láctea en el hemisferio celeste sur . Ha estado pasando por el denso campo de estrellas de fondo de esa región desde su descubrimiento. [10] : 9 Combinado con la débil magnitud aparente de 20,5 de MS 4 de 2002 vista desde la Tierra, [13] su ubicación abarrotada puede dificultar las observaciones. [9] : 92 [10] : 9 Por otro lado, la ubicación de 2002 MS 4 lo hace viable para observar ocultaciones estelares, ya que hay numerosas estrellas por delante de las cuales puede pasar. [10] : 9
Las ocultaciones estelares de 2002 MS 4 ocurren cuando pasa frente a una estrella y bloquea su luz, lo que hace que la estrella se atenúe durante varios segundos hasta que emerge 2002 MS 4 . [7] : 2 La observación de ocultaciones estelares en 2002 MS 4 puede proporcionar mediciones precisas de su posición, forma y tamaño. [7] : 1 [8] : 35 Debido al paralaje entre la Tierra, 2002 MS 4 , y la estrella oculta, las ocultaciones realizadas por 2002 MS 4 sólo pueden ser observables en ciertos lugares de la Tierra. Por esta razón, la trayectoria orbital y las efemérides del MS 4 de 2002 deben conocerse con precisión antes de poder realizar predicciones fiables sobre la ocultación. [7] : 2 [8] : 35
Para facilitar las predicciones de ocultación de 2002 MS 4 , los astrónomos del proyecto Lucky Star del Consejo Europeo de Investigación recopilaron observaciones astrométricas de 2002 MS 4 entre 2009 y 2019 para reducir su incertidumbre orbital y utilizaron los catálogos de Gaia para posiciones de estrellas de alta precisión. [26] [7] : 2 Entre 2019 y 2022, el proyecto Lucky Star organizó campañas para que astrónomos de todo el mundo observaran las ocultaciones previstas para 2002 MS 4 , lo que produjo nueve ocultaciones observadas con éxito al final del período. [7] : 1, 3 La primera ocultación observada con éxito en 2002 MS 4 tuvo lugar en América del Sur el 9 de julio de 2019, lo que arrojó dos detecciones positivas y cuatro detecciones negativas de las 10 ubicaciones de los telescopios participantes; los cuatro telescopios restantes se vieron afectados por el mal tiempo. [26] [7] : 2, 18B.4 El 26 de julio y el 19 de agosto de 2019 se llevaron a cabo observaciones más exitosas de las ocultaciones de MS 4 de 2002 , que proporcionaron una astrometría de alta precisión que ayudó a refinar las predicciones de ocultaciones posteriores. [27] [7] : 2
El 8 de agosto de 2020, el proyecto Lucky Star organizó una gran campaña de observación de 2002 MS 4 , que ocultaría una estrella relativamente brillante de magnitud aparente 14,6 y sería observable en regiones densamente pobladas en varios continentes. [7] : 4 Un total de 116 ubicaciones de telescopios de Europa, el norte de África y Asia occidental participaron en la campaña y produjeron 61 detecciones positivas y 40 detecciones negativas, con los 15 telescopios restantes inhibidos por mal tiempo o dificultades técnicas. [7] : 4, 18B.1–3 Los observadores de la ocultación no encontraron evidencia de anillos , chorros cometarios o satélites naturales alrededor de 2002 MS 4 . [7] : 9 Esta es la participación más amplia en una campaña de ocultación de TNO hasta 2023 [actualizar]. [28] : 1347 [7] : 9 Gracias a la gran cantidad de detecciones positivas en varias ubicaciones, el contorno de la forma global y la topografía de 2002 MS 4 se pudieron ver claramente por primera vez. [29] [7]
Los resultados de la ocultación ampliamente observada el 8 de agosto de 2020 muestran que 2002 MS 4 tiene una forma cercana a la de un esferoide achatado , con un diámetro ecuatorial de 814 km (506 millas) y un diámetro polar de hasta 770 km (480 millas). [7] : 5 2002 El diámetro medio de MS 4 desde estas dimensiones es 796 km (495 mi), lo que lo sitúa entre los diámetros de los dos asteroides más grandes, Ceres y Vesta . [7] : 5 Se desconoce si el ecuador de 2002 MS 4 se ve de forma oblicua o de canto desde la perspectiva de la Tierra, por lo que es posible que el diámetro polar real del objeto sea menor o tenga un achatamiento mayor que el observado en la ocultación de agosto de 2020. [7] : 8 2002 MS 4 es el décimo (o el undécimo si se cuenta Caronte , la luna de Plutón ) más grande conocido. Debido a su gran tamaño, los astrónomos lo consideran un candidato a planeta enano . [34] : 245 [7] : 1 [8] : iii Teniendo en cuenta las incertidumbres de medición, está vinculado con 2002 AW 197 y 2013 FY 27 (diámetros729–807 kilómetros [35] y659–820 km , [36] respectivamente) como el objeto sin nombre más grande del Sistema Solar .
Anteriormente se pensaba que 2002 MS 4 tenía un diámetro mayor de 934 km (580 millas), según mediciones de emisión térmica infrarroja realizadas por los telescopios espaciales Spitzer y Herschel en 2006 y 2010. [32] : 4, 7, 10 Esta emisión térmica -el diámetro derivado no está de acuerdo con el diámetro derivado de la ocultación; Si tanto las mediciones de emisión térmica como el diámetro derivado de la ocultación son correctos, entonces 2002 MS 4 estaría emitiendo más radiación térmica de la prevista si fuera un cuerpo simple y no giratorio sin aire. [8] : 68, 70, 73 Aún no está claro por qué 2002 MS 4 parece estar emitiendo un exceso de radiación térmica; Podría ser posible que haya un satélite desconocido de 2002 MS 4 que contribuya al exceso de emisión térmica, [7] : 9 o que las predicciones para el comportamiento de las emisiones térmicas de 2002 MS 4 sean inexactas. [8] : 73
La masa y densidad de 2002 MS 4 se desconocen ya que no tiene lunas conocidas; de lo contrario, la estimación de su masa habría sido posible mediante la tercera ley de Kepler . [8] : 35 Sin una masa y densidad conocidas, no es posible determinar si la forma esferoidal de 2002 MS 4 se debe al equilibrio hidrostático , lo que lo calificaría como un planeta enano . [37] : 10 Deduciendo de su diámetro y albedo, 2002 MS 4 probablemente no esté en equilibrio hidrostático ya que se encuentra dentro del rango de diámetro de 400 a 1000 km (250 a 620 millas) donde los TNO generalmente se observan con densidades muy bajas, presumiblemente debido a tener estructuras interiores altamente porosas que no se han comprimido gravitacionalmente en cuerpos sólidos. [38] : 1, 8 De lo contrario, si 2002 MS 4 está en equilibrio hidrostático, entonces su densidad podría estimarse a partir de su achatamiento y período de rotación. [7] : 8 Sin embargo, ambas propiedades son poco conocidas para 2002 MS 4 , por lo que sólo se pudieron estimar sus densidades mínima y máxima posible. [7] : 8 Suponiendo un esferoide de Maclaurin como forma de equilibrio para MS 4 2002 , los rangos de densidades posibles son0,72–8,0 g/cm 3 y0,36–3,9 g/cm 3 para posibles períodos de rotación de 7,44 y 10,44 horas, respectivamente. [7] : 8
2002 MS 4 tiene un color de superficie gris o espectralmente neutro, lo que significa que refleja cantidades similares de luz para longitudes de onda en todo el espectro visible . [12] : 6 En el esquema de clasificación de Barucci et al. para índices de color de TNO , 2002 MS 4 cae dentro del grupo BB de TNO con colores neutros, cuyas composiciones superficiales se caracterizan por tener una alta fracción de hielo de agua y carbono amorfo pero bajas cantidades. de tolinas . [39] : 1294, 1296 La espectroscopia de infrarrojo cercano realizada por el Telescopio Espacial James Webb (JWST) en 2022 reveló la presencia de hielo de agua cristalina , hielo de agua amorfa y hielo de dióxido de carbono en la superficie de 2002 MS 4 . [40] [11] El JWST observó que el gran objeto del cinturón de Kuiper 120347 Salacia tenía una composición de superficie similar a la de 2002 MS 4 . [11] Modelado preliminar del espectro JWST del MS 4 de 2002 realizado por Cook et al. sugiere que el hielo de agua en la superficie del objeto consiste en granos de tamaño micrométrico y el hielo de dióxido de carbono consiste en una mezcla de granos más gruesos, de tamaño micrométrico, y granos más finos, de tamaño submicrométrico. [11] Las tolinas también deberían existir en la superficie de 2002 MS 4 según el modelo preliminar de Cook et al., aunque no han sido detectadas en el espectro JWST de 2002 MS 4 . [11] Hielos volátiles como el metano tampoco se detectaron en el espectro JWST del MS 4 de 2002 . [40] La falta de volátiles en la superficie de 2002 MS 4 concuerda con su bajo albedo geométrico de 0,1 determinado a partir de observaciones de la nave espacial New Horizons , lo que indica que 2002 MS 4 tiene una superficie muy oscura y no evolucionada en contraste con la brillante y volátil. -Planetas enanos ricos como Plutón. [10] : 2, 18–19 Las observaciones de New Horizons de la curva de fase de 2002 MS 4 indican que los granos de regolito helado en la superficie del objeto son rugosos y de forma irregular. [10] : 19
La ocultación del 8 de agosto de 2020 reveló características topográficas masivas a lo largo del contorno o rama noreste de la MS 4 de 2002 , que incluye en particular una depresión similar a un cráter de 322 ± 39 km (200 ± 24 millas) de ancho y 45,1 ± 1,5 km (28,02 ± 0,93 millas). ) profundo, y un25+4
−5 kilómetros (15.5+2,5
−3,1 mi )-pico alto cerca del borde de la depresión. [7] : 7 Otra depresión de unos 10 km (6,2 millas) de ancho y 11 km (6,8 millas) de profundidad fue detectada por un solo telescopio de Varages, Francia, durante la ocultación; esta característica de depresión ocultó parcialmente la estrella cuando emergió 2002 MS 4 , lo que provocó que la estrella se iluminara gradualmente en lugar de instantáneamente. [7] : 7 Las elevaciones de estas características topográficas observadas se encuentran más allá de la elevación máxima de 6 a 7 km (3,7 a 4,3 millas) esperada para un cuerpo helado del tamaño de 2002 MS 4 , lo que significa que el objeto puede haber experimentado una gran impacto en su pasado. [7] : 6, 9 Sería posible que 2002 MS 4 soportara sus enormes características topográficas si la resistencia de su material aumenta hacia su núcleo. [7] : 6 Las características topográficas de otros TNO se han observado previamente mediante ocultación, como (208996) 2003 AZ 84 , que tiene una característica de depresión de al menos 8 km (5 millas) de profundidad. [41] [42]
El pico topográfico de 2002 MS 4 tiene una altura comparable a la montaña más alta de Marte , Olympus Mons , y al montículo central del cráter Rheasilvia en el asteroide Vesta. [42] [43] Si el pico topográfico de 2002 MS 4 es una montaña, entonces calificaría como una de las montañas más altas conocidas en el Sistema Solar . [42] Es posible que este pico topográfico en realidad sea un satélite desconocido de 213 km (132 millas) de diámetro que pasaba por delante o por detrás de 2002 MS 4 durante la ocultación, pero este escenario es poco probable según Bruno Sicardy, uno de los miembros del equipo de ocultación. [7] : 9, 25 [42] Un satélite de este tamaño no sería lo suficientemente grande para explicar el exceso de emisión térmica del MS 4 de 2002 . [7] : 25
Si la depresión masiva de 2002 MS 4 es un cráter, entonces sería la primera observación de un cráter masivo en un TNO. [7] : 9 El ancho de la depresión ocupa aproximadamente el 40% del diámetro de 2002 MS 4 , lo que es comparable a las proporciones más grandes de cráter a diámetro observadas en las lunas de Saturno, Tetis y Japeto . A modo de contexto, el cráter más grande de Tetis, Odiseo, ocupa aproximadamente el 43% de su diámetro, mientras que el cráter más grande de Jápeto, Turgis, ocupa aproximadamente el 40% de su diámetro, pero son mucho menos profundos que el supuesto cráter MS 4 de 2002 . [7] : 9 Por otro lado, los planetas enanos transneptunianos Plutón y Caronte no exhiben cráteres tan grandes, [f] ya que sus mayores proporciones de cráter a diámetro son 10,5% y 18,9%, respectivamente. [7] : 9 La profundidad de la depresión masiva de 2002 MS 4 ocupa el 5,7% del diámetro de 2002 MS 4 y excede los observados en los cráteres más grandes de otros cuerpos del Sistema Solar de tamaño comparable: el cráter más grande de Mimas, la luna de Saturno. tiene una profundidad de hasta 10 a 12 km (6,2 a 7,5 millas) [44] : 424 y el cráter Rheasilvia de Vesta tiene una profundidad de hasta 25 km (16 millas). [43]
El período de rotación de 2002 MS 4 es incierto y se desconoce su inclinación axial de rotación. Es difícil medir fotométricamente el período de rotación de 2002 MS 4 con telescopios en la Tierra, ya que el objeto está oscurecido en un denso campo de estrellas de fondo. [9] : 118 [7] : 7 Debido a la forma esferoidal de 2002 MS 4 y a las posibles variaciones del albedo superficial, su curva de luz solo exhibe fluctuaciones muy pequeñas en el brillo (amplitud 0,05–0,12 mag [8] : 85 ) a lo largo del tiempo como gira. [7] : 7 [8] : 73 Los primeros intentos de medir la rotación de 2002 MS 4 se realizaron con el telescopio de 1,5 metros del Observatorio de Sierra Nevada en agosto de 2005, pero no observaron el objeto el tiempo suficiente para identificar cualquier periodicidades en su curva de luz. [9] : 31, 92 Observaciones posteriores realizadas por el Telescopio Nacional Galileo en junio-julio de 2011 aprovecharon el paso de 2002 MS 4 frente a una nebulosa oscura , lo que le permitió determinar posibles períodos de 7,33 horas o 10,44 horas. [9] : 94 Por otro lado, las observaciones realizadas por el Telescopio Canadá-Francia-Hawái en julio-agosto de 2013 midieron un período de rotación de 14,251 horas, con otros alias de períodos de rotación menos probables de 8,932 y 5,881 horas. [8] : 43, 53, 74
La nave espacial New Horizons observó 2002 MS 4 durante 2016-2019, como parte de su misión extendida al cinturón de Kuiper después de su exitoso sobrevuelo a Plutón en 2015. [10] : 8 2002 MS 4 estaba a 15,3 AU (2,29 mil millones de km; 1,42 mil millones de millas) de distancia desde la nave espacial cuando comenzó las observaciones el 13 de julio de 2016, y estaba a 12,0 AU (1,80 mil millones de km; 1,12 mil millones de millas) de la nave espacial cuando finalizó las observaciones el 1 de septiembre de 2019. [10] : 8 New Horizons tenía un punto de vista único de observar 2002 MS 4 y otros TNO mientras estaba dentro del cinturón de Kuiper, lo que permitió a la nave espacial observar estos objetos en ángulos de fase altos (>2°) que no son observables desde la Tierra. [10] : 1 Al observar cómo cambia el brillo de 2002 MS 4 en función del ángulo de fase, se podría determinar la curva de fase del objeto, lo que puede revelar las propiedades de dispersión de la luz del regolito de superficie de 2002 MS 4 . [10] : 1 Además de mejorar significativamente el conocimiento de la curva de fase de 2002 MS 4 , las observaciones de New Horizons también mejoraron significativamente la precisión de la órbita de 2002 MS 4 . [45]
2002 MS 4 ha sido considerado como un posible objetivo de exploración para futuras misiones al cinturón de Kuiper y más allá, como el concepto de sonda interestelar de la NASA . [46] Un estudio de 2019 realizado por Amanda Zangari y sus colaboradores identificó varias trayectorias posibles hasta 2002 MS 4 para una nave espacial que se lanzaría en 2025-2040. [47] Para una nave espacial lanzada en 2027-2031, una sola asistencia gravitacional de Júpiter podría llevar una nave espacial a 2002 MS 4 en una duración mínima de 9,1 a 12,8 años, dependiendo del exceso de energía de lanzamiento de la nave espacial. [47] : 922 Otra trayectoria que utilice una sola asistencia gravitatoria de Júpiter para una fecha de lanzamiento en 2040 podría llevar una nave espacial a 2002 MS 4 en una duración mínima de 13 años. [47] : 922 Una trayectoria de lanzamiento 2038-2040 utilizando una única asistencia gravitatoria de Saturno podría llevar una nave espacial a 2002 MS 4 en una duración mínima de 16,7 años, [47] : 925 mientras que una trayectoria de lanzamiento 2038-2040 utilizando dos asistencias gravitacionales desde Júpiter y Saturno podrían llevar una nave espacial a 2002 MS 4 en un período mínimo de 18,6 a 19,5 años. [47] : 923