486958 Arrokoth ( designación provisional 2014 MU 69 ; anteriormente apodado Ultima Thule [a] ) es un objeto transneptuniano ubicado en el cinturón de Kuiper . Arrokoth se convirtió en el objeto más lejano y primitivo del Sistema Solar visitado por una nave espacial cuando la sonda espacial New Horizons de la NASA realizó un sobrevuelo el 1 de enero de 2019. [17] [18] [19] Arrokoth es un binario de contacto de 36 km (22 mi ) de largo, compuesto por dos planetesimales de 21 y 15 km (13 y 9 millas) de ancho, que están unidos a lo largo de sus ejes principales. Con un período orbital de aproximadamente 298 años y una inclinación y excentricidad orbital bajas , Arrokoth está clasificado como un objeto frío clásico del cinturón de Kuiper .
Arrokoth fue descubierto el 26 de junio de 2014 por el astrónomo Marc Buie y el equipo de búsqueda de New Horizons utilizando el Telescopio Espacial Hubble como parte de una búsqueda de un objeto del cinturón de Kuiper al que New Horizons apuntaría en su primera misión extendida; fue elegido entre otros dos candidatos, 2014 OS 393 y 2014 PN 70 , para convertirse en el objetivo principal de la misión. [20]
Cuando Arrokoth fue observado por primera vez por el Telescopio Espacial Hubble en 2014, fue designado 1110113Y en el contexto de la búsqueda del telescopio de objetos del cinturón de Kuiper, [21] y fue apodado "11" para abreviar. [22] [23] Su existencia como objetivo potencial de la sonda New Horizons fue anunciada por la NASA en octubre de 2014 [24] [25] y fue designada extraoficialmente como "Objetivo potencial 1", o PT1 . [23] Su designación provisional oficial , 2014 MU 69 , fue asignada por el Minor Planet Center en marzo de 2015, después de que se hubiera recopilado suficiente información orbital. [23] La designación provisional indica que Arrokoth fue el planeta menor número 1745 al que se le asignó una designación provisional durante la segunda quincena de junio de 2014. [b] Después de más observaciones que refinaron su órbita, se le asignó el número de planeta menor permanente 486958 el 12 de marzo. 2017. [27]
Antes del sobrevuelo del 1 de enero de 2019, la NASA invitó al público a sugerir un apodo para el objeto. [28] Una de las opciones, Ultima Thule , [a] fue seleccionada el 13 de marzo de 2018. [3] [29] Thule ( griego antiguo : Θούλη , Thoúlē ) es el lugar más septentrional mencionado en la literatura y cartografía griega y romana antigua . mientras que en la literatura clásica y medieval ultima Thule (en latín, 'Thule más lejana') adquirió un significado metafórico de cualquier lugar distante ubicado más allá de las "fronteras del mundo conocido". [30] [3] Una vez que se determinó que el cuerpo era un binario de contacto bilobulado, el equipo de New Horizons apodó al lóbulo más grande "Ultima" y al lóbulo más pequeño "Thule". [31] Ahora se llaman formalmente "Wenu" y "Weeyo", respectivamente. [32]
En noviembre de 2019, la Unión Astronómica Internacional (IAU) anunció el nombre oficial permanente del objeto, Arrokoth . [33]
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Arrokoth recibió su nombre de una palabra en el idioma Powhatan de la región de Tidewater de Virginia y Maryland en el este de los Estados Unidos. [34] La lengua Powhatan se extinguió a finales del siglo XVIII y se registró poco de ella. En una antigua lista de palabras, arrokoth se glosa como "cielo", pero parecería que en realidad significa "nube". [C]
El nombre Arrokoth fue elegido por el equipo de New Horizons para representar al pueblo Powhatan indígena de la región de Tidewater. [34] El Telescopio Espacial Hubble y el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins operaron en Maryland y participaron de manera destacada en el descubrimiento de Arrokoth. [34] [37] Con el permiso de los ancianos de la tribu india Pamunkey , el nombre Arrokoth fue propuesto a la IAU y anunciado formalmente por el equipo de New Horizons en una ceremonia celebrada en la sede de la NASA en el Distrito de Columbia el 12 de noviembre. 2019. [34] Antes de la ceremonia, el nombre fue aceptado por el Centro de Planetas Menores de la IAU el 8 de noviembre, y la cita del nombre del equipo New Horizons se publicó en una Circular de Planetas Menores el 12 de noviembre. [37]
Arrokoth es un binario de contacto que consta de dos lóbulos (lobi) unidos por un cuello o cintura estrecho, que está rodeado por una banda brillante llamada Akasa Linea . [31] Los lobi probablemente alguna vez fueron dos objetos que luego se fusionaron en una lenta colisión. [38] El lóbulo más grande, Wenu, mide aproximadamente 21,6 km (13,4 millas) a través de su eje más largo [39] mientras que el lóbulo más pequeño, Weeyo, mide 15,4 km (9,6 millas) a través de su eje más largo. [40] Wenu tiene forma lenticular, siendo muy aplanado y moderadamente alargado. [39] Basado en modelos de forma de Arrokoth construidos a partir de imágenes tomadas por la nave espacial New Horizons , las dimensiones de Wenu son aproximadamente 21 km × 20 km × 9 km (13,0 mi × 12,4 mi × 5,6 mi). Por el contrario, Weeyo es menos aplanado, con dimensiones de 15 km × 14 km × 10 km (9,3 mi × 8,7 mi × 6,2 mi). En conjunto, Arrokoth tiene 36 km (22 millas) de ancho en su eje más largo y unos 10 km (6,2 millas) de espesor, con los centros de los lobi separados entre sí por 17,2 km (10,7 millas). [10] [41]
Dados los diámetros de lóbulos equivalentes en volumen de 15,9 km (9,9 millas) y 12,9 km (8,0 millas), la relación de volumen de Wenu con respecto al Weeyo más pequeño es de aproximadamente 1,9:1,0, lo que significa que el volumen de Wenu es casi el doble que el de Weeyo. En general, el volumen de Arrokoth es de alrededor de 3210 km 3 (770 millas cúbicas), aunque esta estimación es en gran medida incierta debido a las débiles limitaciones en el espesor del lobi. [41]
Antes del sobrevuelo de Arrokoth por parte de New Horizons , las ocultaciones estelares realizadas por Arrokoth habían proporcionado evidencia de su forma bilobulada. [42] La primera imagen detallada de Arrokoth confirmó su apariencia de doble lóbulo y Alan Stern lo describió como un "muñeco de nieve", ya que el lobi parecía distintivamente esférico. [43] El 8 de febrero de 2019, un mes después del sobrevuelo de New Horizons , se descubrió que Arrokoth estaba más aplanado de lo que se pensaba inicialmente, según imágenes adicionales de Arrokoth tomadas por New Horizons después de su aproximación más cercana. El lóbulo aplanado Wenu fue descrito como un "panqueque", mientras que Weeyo fue descrito como una "nuez", ya que parecía menos aplanado. Al observar cómo las secciones invisibles de Arrokoth ocultaban estrellas de fondo, los científicos pudieron delinear las formas de ambos lobi. [44] La causa de la forma inesperadamente aplanada de Arrokoth es incierta, con varias explicaciones que incluyen la sublimación o las fuerzas centrífugas . [45] [46]
Los ejes más largos de los lobi están casi alineados con el eje de rotación , que se encuentra entre ellos. [39] Esta alineación casi paralela de los lobi sugiere que estaban mutuamente unidos entre sí, probablemente debido a fuerzas de marea , antes de fusionarse. [39] La alineación de los lobi apoya la idea de que los dos se habían formado individualmente a partir de la coalescencia de una nube de partículas heladas. [47]
Las mediciones del espectro de absorción de Arrokoth realizadas por el espectrómetro LEISA de New Horizons muestran que el espectro de Arrokoth exhibe una fuerte pendiente espectral roja que se extiende desde longitudes de onda rojas a infrarrojas de 1,2 a 2,5 μm . [39] Las mediciones espectrales de LEISA revelaron la presencia de metanol , cianuro de hidrógeno , agua helada y compuestos orgánicos complejos en la superficie de Arrokoth. [48] [49] Una banda de absorción particular en el espectro de Arrokoth a 1,8 μm indica que estos compuestos orgánicos son ricos en azufre . [50] Dada la abundancia de metanol en la superficie de Arrokoth, se predice que los compuestos a base de formaldehído resultantes de la irradiación también deberían estar presentes, aunque en forma de macromoléculas complejas . [51] El espectro de Arrokoth comparte similitudes con el de 2002 VE 95 y el centauro 5145 Pholus , que también muestran fuertes pendientes espectrales rojas junto con signos de metanol presente en sus superficies. [39]
Observaciones preliminares realizadas por el Telescopio Espacial Hubble en 2016 revelaron que Arrokoth tiene una coloración roja, similar a otros objetos del cinturón de Kuiper y centauros como Pholus . [52] [39] El color de Arrokoth es más rojo que el de Plutón , por lo que pertenece a la población "ultra roja" de objetos fríos clásicos del cinturón de Kuiper. [53] [54] La coloración roja de Arrokoth es causada por la presencia de una mezcla de compuestos orgánicos complejos llamados tolinas , que se producen a partir de la fotólisis de varios compuestos orgánicos y volátiles simples por los rayos cósmicos y la radiación solar ultravioleta . La presencia de tolinas ricas en azufre en la superficie de Arrokoth implica que volátiles como metano, amoníaco y sulfuro de hidrógeno alguna vez estuvieron presentes en Arrokoth, pero se perdieron rápidamente debido a la pequeña masa de Arrokoth. [55] [50] Sin embargo, materiales menos volátiles como metanol, acetileno , etano y cianuro de hidrógeno podrían retenerse durante un período de tiempo más largo y probablemente puedan explicar el enrojecimiento y la producción de tolinas en Arrokoth. [39] También se pensaba que la fotoionización de compuestos orgánicos y volátiles en Arrokoth producía gas hidrógeno que interactuaría con el viento solar , aunque los instrumentos SWAP y PEPSSI de New Horizons no detectaron ninguna señal de interacción del viento solar alrededor de Arrokoth. [39]
A partir de las mediciones espectrales y de color de Arrokoth, la superficie muestra una sutil variación de color entre sus características superficiales. [48] Las imágenes espectrales de Arrokoth muestran que la región de Akasa (cuello) y las características de lineamiento aparecen menos rojas en comparación con la región central del lóbulo más pequeño Weeyo. El lóbulo más grande Wenu también muestra regiones más rojas, conocidas informalmente como "huellas digitales" por el equipo de New Horizons . Las características de la huella digital se encuentran cerca de la extremidad de Wenu. [7] El albedo superficial o reflectividad de Arrokoth varía del 5 al 12 por ciento debido a varias características brillantes en su superficie. [39] Su albedo geométrico general , la cantidad de luz reflejada en el espectro visible, se mide en un 21 por ciento, típico de la mayoría de los objetos del cinturón de Kuiper. [11] El albedo general de Bond (la cantidad de luz reflejada de cualquier longitud de onda) de Arrokoth se mide en 6,3 por ciento. [11]
La superficie de Arrokoth tiene ligeros cráteres y tiene una apariencia lisa. [10] La superficie de Arrokoth tiene pocos cráteres pequeños (desde 1 km (0,62 millas) de tamaño hasta los límites de la resolución fotográfica), lo que implica una escasez de impactos a lo largo de su historia. [56] Se cree que la aparición de eventos de impacto en el cinturón de Kuiper es poco común, con una tasa de impacto muy baja en el transcurso de mil millones de años. [57] Debido a las velocidades orbitales más lentas de los objetos del cinturón de Kuiper, se espera que la velocidad de los objetos que impactan en Arrokoth sea baja, con velocidades de impacto típicas de alrededor de 300 m/s (980 pies/s). [57] A velocidades de impacto tan lentas, se espera que los cráteres grandes en Arrokoth sean raros. Con una baja frecuencia de eventos de impacto junto con las bajas velocidades de los impactos, la superficie de Arrokoth permanecería preservada desde su formación. La superficie conservada de Arrokoth posiblemente podría dar pistas sobre su proceso de formación, así como signos de material acumulado . [57] [31]
Se identificaron numerosos hoyos pequeños en la superficie de Arrokoth en imágenes de alta resolución tomadas por la nave espacial New Horizons . [58] [59] El tamaño de estos pozos se mide en aproximadamente 700 m (2300 pies) de ancho. [58] Se desconoce la causa exacta de estos hoyos; Varias explicaciones para estos pozos incluyen eventos de impacto, el colapso de material, la sublimación de materiales volátiles o la ventilación y escape de gases volátiles desde el interior de Arrokoth. [58] [59]
Las superficies de cada lóbulo de Arrokoth muestran regiones de brillo variable junto con diversas características geológicas, como depresiones y colinas . [39] [60] Se cree que estas características geológicas se originaron a partir de la agrupación de planetesimales más pequeños que vienen a formar el lobi de Arrokoth. [40] Se cree que las regiones más brillantes de la superficie de Arrokoth, especialmente sus características de lineamiento brillante, son el resultado de la deposición de material que ha rodado desde las colinas de Arrokoth, [53] ya que la gravedad de la superficie de Arrokoth es suficiente para que esto ocurra. [7]
El lóbulo más pequeño, Weeyo, tiene una gran depresión llamada 'Sky' (anteriormente denominada 'Maryland' en honor al estado natal del equipo New Horizons ). [61] [53] Suponiendo que Sky tiene una forma circular, su diámetro es de 6,7 km (4,2 millas), con una profundidad de 0,51 km (0,32 millas). [10] Sky es probablemente un cráter de impacto formado por un objeto de 700 m (2000 pies) de ancho. [62] Dos rayas notablemente brillantes de tamaño similar están presentes dentro del cielo, y pueden ser restos de avalanchas donde el material brillante rodó hacia la depresión. [39] Cuatro depresiones subparalelas están presentes cerca del terminador de Weeyo, junto con dos posibles cráteres de impacto de un kilómetro de tamaño en el borde de Sky. [60] [39] La superficie de Weeyo exhibe regiones moteadas brillantes separadas por regiones anchas y oscuras ( dm ) que pueden haber sufrido un retroceso escarpado , en el que fueron erosionadas debido a la sublimación de volátiles, exponiendo depósitos retrasados de material más oscuro irradiados por luz de sol. [60] Otra región brillante ( rm ), ubicada en el extremo ecuatorial de Weeyo, exhibe un terreno accidentado junto con varias características topográficas que han sido identificadas como posibles pozos, cráteres o montículos. [39] Weeyo no muestra unidades distintas de topografía ondulada cerca de Sky, probablemente como resultado de la repavimentación causada por el evento de impacto que creó el cráter. [39]
Al igual que en Weeyo, también hay depresiones y cadenas de cráteres a lo largo del terminador del lobus más grande Wenu. Wenu consta de ocho unidades o bloques distintivos de topografía ondulada, cada uno de un tamaño similar de alrededor de 5 km (3,1 millas). [39] Las unidades están separadas por regiones límite relativamente brillantes. [39] Los tamaños similares de las unidades sugieren que cada una alguna vez fue un pequeño planetesimal y que se fusionaron para formar Wenu. [39] Se espera que los planetesimales se hayan acrecentado lentamente según los estándares astronómicos (a velocidades de varios metros por segundo), aunque deben tener una resistencia mecánica muy baja para fusionarse y formar cuerpos compactos a estas velocidades. [39] La unidad central ('mh') está rodeada por una característica anular brillante, Ka'an Arcus (inicialmente denominado "El camino a ninguna parte"). [59] [7] Según el análisis estereográfico, la unidad central parece ser relativamente plana en comparación con las unidades circundantes. [39] El análisis estereográfico de Arrokoth también ha demostrado que una unidad particular ubicada en la extremidad de Wenu ('md') parece tener una mayor elevación e inclinación que las demás. [39]
Akasa Linea, la región del cuello que conecta los dos lóbulos, tiene una apariencia más brillante y menos roja que las superficies de cualquiera de los lóbulos. [63] El brillo de Akasa Linea probablemente se deba a una composición de un material más reflectante que las superficies del lobi. Una hipótesis sugiere que el material brillante se originó en la deposición de pequeñas partículas que habían caído del lobi con el tiempo. [64] Dado que el centro de gravedad de Arrokoth se encuentra entre los lobi, es probable que pequeñas partículas rueden por las empinadas pendientes hacia el centro entre cada lobi. [63] Otra propuesta sugiere que el material brillante se produce por la deposición de hielo de amoníaco . [65] El vapor de amoníaco presente en la superficie de Arrokoth se solidificaría alrededor de Akasa Linea, donde los gases no pueden escapar debido a la forma cóncava del cuello. [65] Se cree que el brillo de Akasa se mantiene por la alta inclinación axial estacional mientras Arrokoth orbita alrededor del Sol. [66] En el transcurso de su órbita, Akasa Linea queda ensombrecida cuando los lobi son coplanares con respecto a la dirección del Sol, momentos en los que la región del cuello no recibe luz solar, enfriándose y atrapando volátiles en la región. [66]
En mayo de 2020, el Grupo de Trabajo de la IAU para la Nomenclatura de Sistemas Planetarios (WGPSN) estableció formalmente un tema de nomenclatura para todas las características de Arrokoth, que llevarán el nombre de las palabras para "cielo" en los idiomas del mundo, pasado y presente. [67] En 2021, se aprobaron los primeros nombres, incluido Sky Crater en el lóbulo pequeño, más tarde llamado Weeyo Lobus. [61] En 2022, Ka'an Arcus fue aprobado para el arco circular en Wenu Lobus. [68]
Las variaciones topográficas en el extremo de Arrokoth sugieren que su interior probablemente esté compuesto de material mecánicamente fuerte que consiste principalmente en hielo de agua amorfo y material rocoso. [64] [74] Trazas de metano y otros gases volátiles en forma de vapores también pueden estar presentes en el interior de Arrokoth, atrapados en hielo de agua. [74] Bajo el supuesto de que Arrokoth tiene una densidad baja similar a la de un cometa de alrededor0,5 g/cm 3 , se espera que su estructura interna sea porosa , ya que se cree que los gases volátiles atrapados en el interior de Arrokoth escapan desde el interior a la superficie. [39] [74] Suponiendo que Arrokoth pueda tener una fuente de calor interna causada por la desintegración radiactiva de los radionucleidos , los gases volátiles atrapados dentro de Arrokoth migrarían hacia afuera y escaparían de la superficie, de manera similar al escenario de desgasificación de los cometas . [74] Los gases escapados pueden posteriormente congelarse y depositarse en la superficie de Arrokoth, y posiblemente podrían explicar la presencia de hielos y tolinas en su superficie. [74] [55]
Arrokoth orbita el Sol a una distancia promedio de 44,6 unidades astronómicas (6,67 × 10 9 km; 4,15 × 10 9 millas), y tarda 297,7 años en completar una órbita completa alrededor del Sol. Con una excentricidad orbital baja de 0,042, Arrokoth sigue una órbita casi circular alrededor del Sol, variando sólo ligeramente en distancia desde 42,7 AU en el perihelio hasta 46,4 AU en el afelio . [5] [2] Debido a que Arrokoth tiene una excentricidad orbital baja, no se acerca lo suficiente a Neptuno como para que su órbita se perturbe . ( La distancia mínima de intersección orbital de Arrokoth desde Neptuno es 12,75 AU). [2] La órbita de Arrokoth parece ser estable a largo plazo; Las simulaciones del Deep Ecliptic Survey muestran que su órbita no cambiará significativamente durante los próximos 10 millones de años. [4]
En el momento del sobrevuelo de New Horizons en enero de 2019, la distancia de Arrokoth al Sol era 43,28 AU (6,47 × 10 9 km; 4,02 × 10 9 mi). [75] A esta distancia, la luz del Sol tarda más de seis horas en llegar a Arrokoth. [76] [77] Arrokoth pasó el afelio por última vez alrededor de 1906 y actualmente se acerca al Sol a una velocidad de aproximadamente 0,13 AU por año, o aproximadamente 0,6 kilómetros por segundo (1300 mph). [75] Arrokoth se acercará al perihelio en 2055. [2]
Con un arco de observación de 851 días, la órbita de Arrokoth está bastante bien determinada, con un parámetro de incertidumbre de 2 según el Minor Planet Center. [2] Las observaciones del Telescopio Espacial Hubble en mayo y julio de 2015, así como en julio y octubre de 2016, han reducido en gran medida las incertidumbres en la órbita de Arrokoth, lo que llevó al Centro de Planetas Menores a asignar su número permanente de planeta menor. [78] [27] En contraste con la órbita calculada por el Minor Planet Center, el arco de observación de Arrokoth en la base de datos de cuerpos pequeños del JPL no incluye estas observaciones adicionales y pretende que la órbita sea altamente incierta, con un parámetro de incertidumbre de 5. [1] [e]
Arrokoth generalmente es clasificado como un planeta menor distante u objeto transneptuniano por el Centro de Planetas Menores, ya que orbita en el Sistema Solar exterior más allá de Neptuno. [2] [1] Al tener una órbita no resonante dentro de la región del cinturón de Kuiper, a 39,5–48 AU del Sol, Arrokoth se clasifica formalmente como un objeto clásico del cinturón de Kuiper , o cubewano. [79] [80] La órbita de Arrokoth está inclinada con respecto al plano de la eclíptica en 2,45 grados, relativamente baja en comparación con otros objetos clásicos del cinturón de Kuiper como Makemake . [81] Dado que Arrokoth tiene una baja inclinación orbital y excentricidad, es parte de la población dinámicamente fría de objetos clásicos del cinturón de Kuiper, que es poco probable que hayan sufrido perturbaciones significativas por parte de Neptuno durante su migración hacia afuera en el pasado. Se cree que la fría población clásica de objetos del cinturón de Kuiper son planetesimales remanentes de la acumulación de material durante la formación del Sistema Solar . [79] [82]
Los resultados de las observaciones fotométricas del Telescopio Espacial Hubble muestran que el brillo de Arrokoth varía alrededor de 0,3 magnitudes a medida que gira. [83] [84] Aunque el período de rotación y la amplitud de la curva de luz de Arrokoth no pudieron determinarse a partir de las observaciones del Hubble, las sutiles variaciones de brillo sugirieron que el eje de rotación de Arrokoth apunta hacia la Tierra o se ve en una configuración de ecuador con una forma casi esférica, con una relación de aspecto de mejor ajuste a / b restringida de alrededor de 1,0 a 1,15. [84] [83]
Tras la aproximación de la nave espacial New Horizons a Arrokoth, la nave espacial no detectó ninguna amplitud de la curva de luz rotacional a pesar de la forma irregular de Arrokoth. [85] Para explicar la falta de su curva de luz rotacional, los científicos supusieron que Arrokoth está girando de lado, con su eje de rotación apuntando casi directamente a la nave espacial New Horizons que se acerca . [85] Imágenes posteriores de Arrokoth de New Horizons al acercarse confirmaron que su rotación está inclinada, con su polo sur mirando hacia el Sol. [17] [19] El eje de rotación de Arrokoth está inclinado 99 grados con respecto a su órbita. [9] Según los datos de ocultación y de imágenes de New Horizons , se determina que el período de rotación de Arrokoth es de 15,938 horas. [8]
Debido a la gran inclinación axial de su rotación, la irradiancia solar de los hemisferios norte y sur de Arrokoth varía mucho a lo largo de su órbita alrededor del Sol. [39] Mientras orbita alrededor del Sol, una región polar de Arrokoth mira hacia el Sol continuamente mientras que la otra mira hacia otro lado. La irradiancia solar de Arrokoth varía en un 17 por ciento debido a la baja excentricidad de su órbita. [39] Se estima que la temperatura promedio de Arrokoth es de alrededor de 42 K (-231,2 °C; -384,1 °F), con un máximo de alrededor60 K en el punto subsolar iluminado de Arrokoth. [86] [48] Las mediciones radiométricas del instrumento New Horizons REX indican que la temperatura media de la superficie de la cara no iluminada de Arrokoth es de aproximadamente29 ± 5 K , [48] mayor que el rango modelado de12-14 mil . La temperatura más alta de la cara no iluminada de Arrokoth medida por REX implica que se emite radiación térmica desde el subsuelo de Arrokoth, que se predijo que sería intrínsecamente más cálida que la superficie exterior. [48]
Se desconocen la masa y densidad de Arrokoth. No se puede dar una estimación definitiva de masa y densidad ya que los lobi están en contacto en lugar de orbitar entre sí. [87] Aunque un posible satélite natural que orbita Arrokoth podría ayudar a determinar su masa, [63] no se encontraron tales satélites. [87] Bajo el supuesto de que ambos lobi están unidos por la autogravedad, con la gravedad mutua de los dos superando las fuerzas centrífugas que de otro modo los separarían, se estima que Arrokoth tiene una densidad muy baja similar a la de los cometas, con un estimado densidad mínima de0,29 g/ cm3 . Para mantener la forma del cuello, la densidad de Arrokoth debe ser menor que la densidad máxima posible de1 g/cm 3 , de lo contrario el cuello quedaría excesivamente comprimido por la gravedad mutua de los lobi de modo que todo el objeto colapsaría gravitacionalmente en un esferoide . [39] [88]
Se cree que Arrokoth se formó a partir de dos objetos progenitores separados que se formaron con el tiempo a partir de una nube giratoria de pequeños cuerpos helados desde la formación del Sistema Solar hace 4.600 millones de años. [38] [53] Arrokoth probablemente se había formado en un ambiente más frío dentro de una región densa y opaca del cinturón de Kuiper temprano, donde el Sol parecía muy oscurecido por el polvo. [51] Las partículas de hielo dentro del cinturón de Kuiper temprano experimentaron inestabilidad de flujo , en la que se desaceleraron debido al arrastre contra el gas y el polvo circundantes, y se fusionaron gravitacionalmente en grupos de partículas más grandes. [87]
Debido a que ha habido pocos o ningún impacto perturbador en Arrokoth desde que se formó, se han conservado los detalles de su formación. A partir de las diferentes apariencias actuales de los lobi, se cree que cada uno se acrecentó por separado mientras estaban en órbita uno alrededor del otro. [53] [89] Se cree que ambos objetos progenitores se formaron a partir de una única fuente de material, ya que parecen ser homogéneos en albedo, color y composición. [39] La presencia de unidades de topografía onduladas en el objeto más grande indica que probablemente se había formado a partir de la coalescencia de unidades planetesimales más pequeñas antes de fusionarse con el objeto más pequeño. [89] [39] El lobus más grande Wenu parece ser un agregado de aproximadamente 8 componentes más pequeños, cada uno de aproximadamente 5 km (3 millas) de ancho.
No está claro cómo Arrokoth ha alcanzado su forma aplanada actual, aunque se han postulado dos hipótesis principales para explicar los mecanismos que llevaron a su forma aplanada durante la formación del Sistema Solar. [90] [45] El equipo de New Horizons plantea la hipótesis de que los dos objetos progenitores se formaron con rotaciones inicialmente rápidas, lo que provocó que sus formas se aplanaran debido a las fuerzas centrífugas. Con el tiempo, las velocidades de rotación de los objetos progenitores disminuyeron gradualmente a medida que experimentaron impactos de objetos pequeños y transfirieron su momento angular a otros desechos en órbita que quedaron de su formación. [90] Finalmente, la pérdida de impulso, causada por los impactos y el cambio de impulso a otros cuerpos en la nube, hizo que el par se acercara lentamente en espiral hasta que se tocaron, donde con el tiempo las uniones se fusionaron, formando su actual forma bilobulada. [38] [90]
En una hipótesis alternativa formulada por investigadores de la Academia de Ciencias de China y el Instituto Max Planck en 2020, el aplanamiento de Arrokoth puede haber sido el resultado del proceso de pérdida de masa impulsada por la sublimación durante una escala de tiempo de varios millones de años después de la fusión de los lobi. . En el momento de su formación, la composición de Arrokoth tenía una mayor concentración de volátiles debido a la acumulación de volátiles condensados dentro del denso y opaco cinturón de Kuiper. Después de que el polvo y la nebulosa circundantes disminuyeron, la radiación solar ya no fue obstruida, lo que permitió que se produjera la sublimación inducida por fotones en el cinturón de Kuiper. Debido a la alta oblicuidad rotacional de Arrokoth, una región polar mira al Sol continuamente durante la mitad de su período orbital, lo que resulta en un calentamiento extenso y la consiguiente sublimación y pérdida de volátiles congelados en los polos de Arrokoth. [45]
Independientemente de la incertidumbre que rodea a los mecanismos para el aplanamiento de Arrokoth, la posterior fusión de los cuerpos ancestrales del lobi pareció ser suave. La apariencia actual de Arrokoth no indica fracturas por deformación o compresión, lo que sugiere que los dos objetos progenitores se habían fusionado muy lentamente a una velocidad de 2 m/s (6,6 pies/s), comparable a la velocidad promedio al caminar de una persona. [39] [89] Los objetos progenitores también deben haberse fusionado oblicuamente en ángulos superiores a 75 grados para dar cuenta de la forma actual del delgado cuello de Arrokoth manteniendo el lobi intacto. Cuando los dos objetos progenitores se fusionaron, ambos ya habían estado bloqueados por mareas en rotación sincrónica . [91]
La frecuencia a largo plazo de los impactos que ocurrieron en Arrokoth fue baja debido a las velocidades más lentas de los objetos en el cinturón de Kuiper. [57] Durante un período de 4.500 millones de años, la pulverización de hielo de agua inducida por fotones sobre la superficie de Arrokoth reduciría mínimamente su tamaño en 1 cm (0,39 pulgadas). [39] Con la falta de frecuentes eventos de cráteres y perturbaciones de su órbita, la forma y apariencia de Arrokoth permanecerían prácticamente prístinas desde la unión de dos objetos separados que formaron su forma bilobulada. [57] [18]
Arrokoth fue descubierto el 26 de junio de 2014 utilizando el Telescopio Espacial Hubble durante un estudio preliminar para encontrar un objeto adecuado del cinturón de Kuiper para que sobrevolara la nave espacial New Horizons . Los científicos del equipo New Horizons estaban buscando un objeto en el cinturón de Kuiper que la nave espacial pudiera estudiar después de Plutón, y su próximo objetivo tenía que ser alcanzable con el combustible restante de New Horizons . [92] [82] Utilizando grandes telescopios terrestres en la Tierra, los investigadores comenzaron a buscar objetos candidatos en 2011 y buscaron varias veces al año durante varios años. [93] Sin embargo, ninguno de los objetos encontrados fue alcanzable por la nave espacial New Horizons y la mayoría de los objetos del cinturón de Kuiper que podrían ser adecuados estaban demasiado distantes y débiles para ser vistos a través de la atmósfera de la Tierra. [92] [93] Para encontrar estos objetos más débiles del cinturón de Kuiper, el equipo de New Horizons inició una búsqueda de objetivos adecuados con el Telescopio Espacial Hubble el 16 de junio de 2014. [92]
Arrokoth fue fotografiado por primera vez por el Hubble el 26 de junio de 2014, 10 días después de que el equipo de New Horizons comenzara su búsqueda de objetivos potenciales. [82] Mientras procesaba digitalmente imágenes del Hubble, Arrokoth fue identificado por el astrónomo Marc Buie , miembro del equipo New Horizons . [20] [82] Buie informó su hallazgo al equipo de búsqueda para su posterior análisis y confirmación. [94] Arrokoth fue el segundo objeto encontrado durante la búsqueda, después de 2014 MT 69 . [95] Posteriormente se descubrieron tres objetivos candidatos más con el Hubble, aunque las observaciones astrométricas de seguimiento finalmente los descartaron. [95] [23] De los cinco objetivos potenciales encontrados con el Hubble, se consideró que Arrokoth era el objetivo más factible para la nave espacial ya que la trayectoria de sobrevuelo requirió la menor cantidad de combustible en comparación con la de 2014 PN 70 , el segundo objetivo más factible. para Nuevos Horizontes . [80] [96] El 28 de agosto de 2015, Arrokoth fue seleccionado oficialmente por la NASA como objetivo de sobrevuelo para la nave espacial New Horizons . [23]
Arrokoth es demasiado pequeño y distante para que su forma pueda observarse directamente desde la Tierra, pero los científicos pudieron aprovechar un evento astronómico llamado ocultación estelar , en el que el objeto pasa frente a una estrella desde el punto de vista de la Tierra. Dado que el evento de ocultación sólo es visible desde ciertas partes de la Tierra, el equipo de New Horizons combinó datos del Hubble y el observatorio espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea para determinar exactamente cuándo y dónde en la superficie de la Tierra Arrokoth proyectaría una sombra. [97] [98] Determinaron que las ocultaciones ocurrirían el 3 de junio, el 10 de julio y el 17 de julio de 2017, y partieron hacia lugares alrededor del mundo donde podrían ver a Arrokoth cubrir una estrella diferente en cada una de estas fechas. [97] Basándose en esta serie de tres ocultaciones, los científicos pudieron rastrear la forma del objeto. [97]
En junio y julio de 2017, Arrokoth ocultó tres estrellas de fondo. [97] El equipo detrás de New Horizons formó un equipo especializado "KBO Chasers" dirigido por Marc Buie para observar estas ocultaciones estelares de América del Sur, África y el Océano Pacífico. [99] [100] [101] El 3 de junio de 2017, dos equipos de científicos de la NASA intentaron detectar la sombra de Arrokoth desde Argentina y Sudáfrica. [102] Cuando descubrieron que ninguno de sus telescopios había observado la sombra del objeto, inicialmente se especuló que Arrokoth podría no ser tan grande ni tan oscuro como se esperaba anteriormente, y que podría ser altamente reflectante o incluso un enjambre. [102] [103] Datos adicionales tomados con el Telescopio Espacial Hubble en junio y julio de 2017 revelaron que los telescopios se habían colocado en la ubicación incorrecta y que estas estimaciones eran incorrectas. [103]
El 10 de julio de 2017, el telescopio aéreo SOFIA se colocó con éxito cerca de la línea central prevista para la segunda ocultación mientras sobrevolaba el Océano Pacífico desde Christchurch , Nueva Zelanda. El objetivo principal de estas observaciones era la búsqueda de materiales peligrosos como anillos o polvo cerca de Arrokoth que pudieran amenazar a la nave espacial New Horizons durante su sobrevuelo en 2019. La recopilación de datos fue exitosa. Un análisis preliminar sugirió que se había pasado por alto la sombra central; [104] recién en enero de 2018 se dio cuenta de que SOFIA había observado efectivamente una caída muy breve desde la sombra central. [105] Los datos recopilados por SOFIA también serán valiosos para limitar el polvo cerca de Arrokoth. [106] [107] Los resultados detallados de la búsqueda de materiales peligrosos se presentaron en la 49.ª Reunión de la División de Ciencias Planetarias de la AAS , el 20 de octubre de 2017. [108]
El 17 de julio de 2017, el Telescopio Espacial Hubble se utilizó para buscar escombros alrededor de Arrokoth, estableciendo restricciones sobre los anillos y los escombros dentro de la esfera Hill de Arrokoth a distancias de hasta 75.000 km (47.000 millas) del cuerpo principal. [109] Para la tercera y última ocultación, los miembros del equipo establecieron otra "cerca" terrestre de 24 telescopios móviles a lo largo de la trayectoria terrestre prevista de la sombra de ocultación en el sur de Argentina ( provincias de Chubut y Santa Cruz ) para limitar mejor el tamaño. de Arrokot. [100] [101] El espacio promedio entre estos telescopios fue de alrededor de 4 km (2,5 millas). [110] Utilizando las últimas observaciones del Hubble, la posición de Arrokoth se conoció con mucha mejor precisión que para la ocultación del 3 de junio, y esta vez la sombra de Arrokoth fue observada con éxito por al menos cinco de los telescopios móviles. [101] Combinado con las observaciones de SOFIA , esto puso limitaciones a los posibles escombros cerca de Arrokoth. [107]
Los resultados de la ocultación del 17 de julio mostraron que Arrokoth podría haber tenido una forma muy oblonga e irregular o ser un binario cercano o de contacto. [110] [42] Según la duración de las cuerdas observadas , se demostró que Arrokoth tenía dos "lóbulos", con diámetros de aproximadamente 20 km (12 millas) y 18 km (11 millas), respectivamente. [84] Un análisis preliminar de todos los datos recopilados sugirió que Arrokoth estaba acompañada por una luna pequeña en órbita a unos 200-300 km (120-190 millas) de la primaria. [111] Sin embargo, más tarde se descubrió que un error con el software de procesamiento de datos resultó en un cambio en la ubicación aparente del objetivo. Después de tener en cuenta el error, se consideró que la breve caída observada el 10 de julio era una detección del cuerpo primario. [105]
Al combinar datos sobre su curva de luz , [83] espectros (por ejemplo, color) y datos de ocultación estelar, [110] las ilustraciones podrían basarse en datos conocidos para crear un concepto de cómo podría verse antes del sobrevuelo de la nave espacial.
Se predijeron dos ocultaciones de Arrokoth potencialmente útiles para 2018: una el 16 de julio y otra el 4 de agosto. Ninguno de estos fue tan bueno como los tres eventos de 2017. [97] No se intentó observar la ocultación del 16 de julio de 2018, que tuvo lugar sobre el Atlántico Sur y el Océano Índico. Para el evento del 4 de agosto de 2018, dos equipos, compuestos por unos 50 investigadores en total, viajaron a lugares de Senegal y Colombia. [112] El evento atrajo la atención de los medios de comunicación en Senegal, donde se utilizó como una oportunidad para la divulgación científica . [113] A pesar de que algunas estaciones se vieron afectadas por el mal tiempo, el evento se observó con éxito, según informó el equipo de New Horizons . [114] Inicialmente, no estaba claro si se había grabado un acorde en el objetivo. El 6 de septiembre de 2018, la NASA confirmó que al menos un observador había visto descender la estrella, proporcionando información importante sobre el tamaño y la forma de Arrokoth. [115]
Las observaciones del Hubble se llevaron a cabo el 4 de agosto de 2018 para apoyar la campaña de ocultación. [116] [112] El Hubble no pudo ubicarse en el estrecho camino de la ocultación, pero debido a la ubicación favorable del Hubble en el momento del evento, el telescopio espacial pudo sondear la región hasta 1.600 km (990 mi). ) de Arrokoth. Esto está mucho más cerca que la región de 20.000 km (12.000 millas) que se pudo observar durante la ocultación del 17 de julio de 2017. El Hubble no ha observado cambios en el brillo de la estrella objetivo, lo que descarta la existencia de anillos o restos ópticamente gruesos hasta 1.600 km (990 millas) de Arrokoth. [115] Los resultados de las campañas de ocultación de 2017 y 2018 se presentaron en la 50.a reunión de la División de Ciencias Planetarias de la Sociedad Astronómica Estadounidense el 26 de octubre de 2018. [117]
Tras completar su sobrevuelo de Plutón en julio de 2015, la nave espacial New Horizons realizó cuatro cambios de rumbo en octubre y noviembre de 2015 para situarse en una trayectoria hacia Arrokoth. [119] Es el primer objeto objetivo de un sobrevuelo que se descubrió después del lanzamiento de la nave espacial visitante, [78] [120] y es el objeto más lejano del Sistema Solar jamás visitado por una nave espacial. [23] [121] [122] Moviéndose a una velocidad de 51.500 km/h (858 km/min; 14,3 km/s; 32.000 mph) [123] New Horizons pasó por Arrokoth a una distancia de 3.538 km (2.198 mi) , equivalente a unos pocos minutos de viaje a la velocidad de la nave y un tercio de la distancia del encuentro más cercano de la nave con Plutón. [10] La aproximación más cercana se produjo el 1 de enero de 2019, a las 05:33 UTC ( hora del evento de la nave espacial – SCET) [111] [124] en cuyo momento fue 43,4 AU del Sol en dirección a la constelación de Sagitario . [125] [126] [127] [77] A esta distancia, el tiempo de tránsito unidireccional para las señales de radio entre la Tierra y New Horizons fue de 6 horas. [111]
Los objetivos científicos del sobrevuelo incluyen caracterizar la geología y morfología de Arrokoth y mapear la composición de la superficie (buscando amoníaco, monóxido de carbono, metano y hielo de agua). Se llevaron a cabo estudios del entorno circundante para detectar posibles lunas, comas o anillos en órbita. [111] Se esperan imágenes con resoluciones que muestren detalles de 30 m (98 pies) a 70 m (230 pies). [111] [128] De las observaciones del Hubble, se han excluido los satélites pequeños y débiles que orbitan Arrokoth a distancias superiores a 2000 km (1200 millas) a una profundidad de magnitud >29 . [83] El objeto no tiene atmósfera detectable ni grandes anillos ni satélites de más de 1,6 km (1 mi) de diámetro. [129] No obstante, continúa la búsqueda de una luna (o lunas) relacionadas, lo que puede ayudar a explicar mejor la formación de Arrokoth a partir de dos objetos en órbita individuales. [38]
New Horizons hizo su primera detección de Arrokoth el 16 de agosto de 2018, desde una distancia de 172 millones de kilómetros (107 millones de millas). [130] En ese momento, Arrokoth era visible en magnitud 20, en dirección a la constelación de Sagitario. [131] Se esperaba que Arrokoth tuviera magnitud 18 a mediados de noviembre y magnitud 15 a mediados de diciembre. Alcanzó el brillo a simple vista (magnitud 6) desde el punto de vista de la nave espacial sólo 3 a 4 horas antes de su máxima aproximación. [118] Si se detectaban obstáculos, la nave espacial tenía la opción de desviarse a un punto de encuentro más distante, aunque no se observaron lunas, anillos u otros peligros. [111] [131] El 1 de enero se tomaron imágenes de alta resolución de New Horizons . Las primeras imágenes de resolución mediocre llegaron al día siguiente. [132] Se esperaba que el enlace descendente de los datos recopilados durante el sobrevuelo durara 20 meses, hasta septiembre de 2020. [124]
La misión New Horizons de la NASA a Plutón y el cinturón de Kuiper está buscando ideas sobre cómo nombrar informalmente su próximo destino de sobrevuelo, mil millones de millas (1,6 mil millones de kilómetros) más allá de Plutón.
...una resolución de aproximadamente 110 pies (33 metros) por píxel. [...] Esta imagen compuesta procesada combina nueve imágenes individuales tomadas con el Long Range Reconnaissance Imager (LORRI), cada una con un tiempo de exposición de 0,025 segundos...
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