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 de la NASA New Horizons realizó un sobrevuelo el 1 de enero de 2019. [17] [18] [19] Arrokoth es un sistema binario de contacto de 36 km (22 mi) de largo, compuesto por dos planetesimales de 21 y 15 km (13 y 9 mi) de ancho, que están unidos a lo largo de sus ejes principales. Con un período orbital de aproximadamente 298 años y una baja inclinación y excentricidad orbital , Arrokoth está clasificado como un objeto clásico frío del cinturón de Kuiper .
Arrokoth fue descubierto el 26 de junio de 2014 por el astrónomo Marc Buie y el equipo de búsqueda New Horizons utilizando el telescopio espacial Hubble como parte de una búsqueda de un objeto del cinturón de Kuiper para que New Horizons lo atacara en su primera misión extendida; fue elegido sobre 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 un objetivo potencial de la sonda New Horizons fue anunciada por la NASA en octubre de 2014 [24] [25] y fue designado 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 había recopilado suficiente información orbital. [23] La designación provisional indica que Arrokoth fue el 1745.º planeta menor al que se le asignó una designación provisional durante la segunda mitad de junio de 2014. [b] Después de más observaciones que refinaron su órbita, se le dio el número de planeta menor permanente 486958 el 12 de marzo de 2017. [27]
Antes del sobrevuelo del 1 de enero de 2019, la NASA invitó al público a enviar sugerencias sobre un apodo que se usaría 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 la ubicación más septentrional mencionada en la literatura y cartografía griega y romana antigua , mientras que en la literatura clásica y medieval, ultima Thule (del latín "Thule más lejano") 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 lobus más grande "Ultima" y al lobus más pequeño "Thule". [31] Ahora se llaman formalmente "Wenu" y "Weeyo", respectivamente. [32]
En noviembre de 2019, la Unión Astronómica Internacional (UAI) anunció el nombre oficial permanente del objeto, Arrokoth . [33]
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El nombre Arrokoth fue elegido por el equipo de New Horizons para representar al pueblo Powhatan, indígena de la región Tidewater de Virginia y Maryland en el este de los Estados Unidos. [34] El telescopio espacial Hubble y el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins , que estuvieron involucrados de manera destacada en el descubrimiento de Arrokoth, fueron operados desde la región Tidewater de Maryland. [34] [35]
Con el permiso de los ancianos de la tribu india Pamunkey de la nación Powhatan, el nombre Arrokoth fue propuesto a la IAU y anunciado formalmente por el equipo New Horizons en una ceremonia celebrada en la sede de la NASA en el Distrito de Columbia el 12 de noviembre de 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. [35]
La lengua powhatan se extinguió a fines del siglo XVIII y se han registrado pocos registros de ella. En una antigua lista de palabras, arrokoth aparece como "cielo", y ese era el significado que pretendía el equipo de New Horizons, pero parece que en realidad significaba "nube". [c]
Arrokoth es un sistema 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] Es probable que los lobi fueran alguna vez dos objetos que luego se fusionaron en una colisión lenta. [38] El lobus más grande, Wenu, mide aproximadamente 21,6 km (13,4 mi) a lo largo de su eje más largo [39] mientras que el lobus más pequeño, Weeyo, mide 15,4 km (9,6 mi) a lo largo de su eje más largo. [40] Wenu tiene forma lenticular, siendo muy aplanado y moderadamente alargado. [39] Según los 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). En cambio, 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 mi) de ancho en su eje más largo y unos 10 km (6,2 mi) de espesor, con los centros de los lobi separados entre sí por 17,2 km (10,7 mi). [10] [41]
Teniendo en cuenta los diámetros equivalentes de volumen de los lobus de 15,9 km (9,9 mi) y 12,9 km (8,0 mi), la relación de volumen de Wenu con el de 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 km3 ( 770 mi3), aunque esta estimación es en gran medida incierta debido a las débiles restricciones sobre el espesor de los lobis. [41]
Antes del paso de la New Horizons por Arrokoth, 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 fue descrita como un "muñeco de nieve" por Alan Stern, ya que el lobi parecía distintivamente esférico. [43] El 8 de febrero de 2019, un mes después del paso de la New Horizons , se descubrió que Arrokoth estaba más aplanado de lo que se pensaba inicialmente, según imágenes adicionales de Arrokoth tomadas por la New Horizons después de su aproximación más cercana. El lobo 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 lobis. [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 está situado entre ellos. [39] Esta alineación casi paralela de los lobi sugiere que estaban mutuamente bloqueados 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 con 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 del rojo al infrarrojo en 1,2-2,5 μm . [39] Las mediciones espectrales de LEISA revelaron la presencia de metanol y compuestos orgánicos complejos en la superficie de Arrokoth, pero ninguna evidencia de hielo de agua. [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 basados en 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 presentes en sus superficies. [39]
Observaciones preliminares del Telescopio Espacial Hubble en 2016 revelaron que Arrokoth tiene una coloración roja, similar a otros objetos del cinturón de Kuiper y centauros como Folo . [52] [39] El color de Arrokoth es más rojo que el de Plutón , por lo que pertenece a la población "ultra roja" de objetos clásicos fríos 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 simples y volátiles por rayos cósmicos y 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 el 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 variación sutil de color entre sus características superficiales. [48] Las imágenes espectrales de Arrokoth muestran que la región Akasa (cuello) y las características de lineación 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 dactilares" por el equipo de New Horizons . Las características de las huellas dactilares se encuentran cerca del limbo 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 para la mayoría de los objetos del cinturón de Kuiper. [11] El albedo de Bond general (la cantidad de luz reflejada de cualquier longitud de onda) de Arrokoth se mide en un 6,3 por ciento. [11]
La superficie de Arrokoth está ligeramente craterizada y tiene una apariencia lisa. [10] La superficie de Arrokoth tiene pocos cráteres pequeños (desde 1 km (0,62 mi) 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 ocurrencia 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 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 preservada de Arrokoth posiblemente podría dar pistas sobre su proceso de formación, así como signos de material acretado . [57] [31]
Numerosos hoyos pequeños en la superficie de Arrokoth fueron identificados en imágenes de alta resolución de la sonda espacial New Horizons . [58] [59] El tamaño de estos hoyos se mide en aproximadamente 700 m (2300 pies) de ancho. [58] La causa exacta de estos hoyos es desconocida; varias explicaciones para estos hoyos 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 varias 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 llegan a formar el lóbulo de Arrokoth. [40] Se cree que las regiones más brillantes de la superficie de Arrokoth, especialmente sus características de lineación brillante, son el resultado de la deposición de material que ha rodado desde las colinas de Arrokoth, [53] ya que la gravedad superficial en Arrokoth es suficiente para que esto ocurra. [7]
El lóbulo más pequeño, Weeyo, presenta una gran depresión llamada 'Sky' (anteriormente llamada '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 mi), con una profundidad de 0,51 km (0,32 mi). [10] Es probable que Sky sea un cráter de impacto que se formó por un objeto de 700 m (2000 pies) de diámetro. [62] Dos rayas notablemente brillantes de tamaño similar están presentes dentro de Sky, y pueden ser restos de avalanchas donde el material brillante rodó hacia la depresión. [39] Hay cuatro depresiones subparalelas cerca del terminador de Weeyo, junto con dos posibles cráteres de impacto de tamaño kilómetro en el borde de Sky. [60] [39] La superficie de Weeyo exhibe regiones moteadas brillantes separadas por regiones oscuras y anchas ( dm ) que pueden haber sufrido un retroceso de escarpa , en el que se erosionaron debido a la sublimación de volátiles, exponiendo depósitos de material más oscuro irradiado por la luz solar. [60] Otra región brillante ( rm ), ubicada en el extremo ecuatorial de Weeyo, exhibe un terreno accidentado junto con varias características topográficas que se han identificado como posibles fosas, 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 canales y cadenas de cráteres a lo largo del terminador del lóbulo más grande Wenu. Wenu consta de ocho unidades distintivas o bloques de topografía ondulada, cada uno de tamaño similar en alrededor de 5 km (3,1 mi). [39] Las unidades están separadas por regiones limítrofes relativamente brillantes. [39] Los tamaños similares de las unidades sugieren que cada una fue alguna vez 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 llamada "El camino a ninguna parte"). [59] [7] A partir del 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 el limbo 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 de los lóbulos. Una hipótesis sugiere que el material brillante se originó en la deposición de pequeñas partículas que habían caído de los lóbulos con el tiempo. [64] Dado que el centro de gravedad de Arrokoth se encuentra entre los lóbulos, es probable que pequeñas partículas rueden por las empinadas pendientes hacia el centro entre cada lóbulo. [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 a medida que Arrokoth orbita alrededor del Sol . [66] A lo largo de su órbita, Akasa Linea se ve en sombras cuando los lóbulos son coplanares a la dirección del Sol, momento en el que la región del cuello no recibe luz solar, lo que enfría y atrapa los volátiles en la región. [66]
En mayo de 2020, el Grupo de Trabajo para la Nomenclatura de Sistemas Planetarios (WGPSN) de la UAI estableció formalmente un tema de nomenclatura para todas las características de Arrokoth, que se nombrarán a partir de palabras para "cielo" en los idiomas del mundo, pasados y presentes. [67] En 2021, se aprobaron los primeros nombres, incluido Sky Crater en el lóbulo pequeño, posteriormente llamado Weeyo Lobus. [61] En 2022, se aprobó Kaʼan Arcus para el arco circular en Wenu Lobus. [68]
Las variaciones topográficas en el borde 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] También pueden estar presentes trazas de metano y otros gases volátiles en forma de vapores en el interior de Arrokoth, atrapados en el hielo de agua. [74] Bajo el supuesto de que Arrokoth tiene una baja densidad similar a la de un cometa de alrededor de0,5 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 del interior a la superficie. [39] [74] Suponiendo que Arrokoth puede tener una fuente de calor interna causada por la desintegración radiactiva de radionucleidos , los gases volátiles atrapados dentro de Arrokoth migrarían hacia afuera y escaparían de la superficie, de manera similar al escenario de desgasificación de cometas . [74] Los gases escapados pueden congelarse posteriormente 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 media de 44,6 unidades astronómicas (6,67 × 10 9 km; 4,15 × 10 9 mi), tardando 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 solo ligeramente en distancia desde 42,7 UA en el perihelio hasta 46,4 UA en el afelio . [5] [2] Debido a que Arrokoth tiene una excentricidad orbital baja, no se aproxima lo suficiente a Neptuno como para que su órbita se perturbe . ( La distancia mínima de intersección orbital de Arrokoth con Neptuno es de 12,75 UA). [2] La órbita de Arrokoth parece ser estable a largo plazo; las simulaciones del Deep Ecliptic Survey muestran que su órbita no cambiará significativamente en los próximos 10 millones de años. [4]
En el momento del paso de la New Horizons en enero de 2019, la distancia de Arrokoth al Sol era de 43,28 UA (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 por última vez el afelio alrededor de 1906 y actualmente se está aproximando al Sol a una velocidad de aproximadamente 0,13 UA por año, o alrededor de 0,6 kilómetros por segundo (1.300 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 Minor Planet Center a asignarle su número permanente de planeta menor. [78] [27] A diferencia de 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 afirma que la órbita es altamente incierta, con un parámetro de incertidumbre de 5. [1] [e]
Arrokoth es generalmente 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 UA 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 bajo en comparación con otros objetos clásicos del cinturón de Kuiper como Makemake . [81] Dado que Arrokoth tiene una baja inclinación y excentricidad orbital, es parte de la población dinámicamente fría de objetos clásicos del cinturón de Kuiper, que es poco probable que hayan sufrido perturbaciones significativas por Neptuno durante su migración hacia afuera en el pasado. Se cree que la población clásica fría 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 se pudieron determinar a partir de las observaciones del Hubble, las sutiles variaciones de brillo sugirieron que el eje de rotación de Arrokoth está apuntando hacia la Tierra o se está viendo en una configuración de ecuador con una forma casi esférica, con una relación de aspecto de mejor ajuste a / b restringida alrededor de 1,0-1,15. [84] [83]
Durante la aproximación de la sonda New Horizons a Arrokoth, no se detectó ninguna amplitud de 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 rotando de lado, con su eje de rotación apuntando casi directamente a la nave espacial New Horizons que se aproxima . [85] Imágenes posteriores de Arrokoth desde New Horizons al acercarse confirmaron que su rotación está inclinada, con su polo sur orientado 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 determinó que el período de rotación de Arrokoth es de 15,938 horas. [8]
Debido a la alta 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] A medida que orbita alrededor del Sol, una región polar de Arrokoth mira al Sol continuamente mientras que la otra mira hacia el 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 alrededor de 400 °C (1200 °F).60 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] más alto que el rango modelado de12–14 K. 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 era intrínsecamente más cálido que la superficie exterior. [48]
Se desconoce la masa y la densidad de Arrokoth. No se puede dar una estimación definitiva de la masa y la densidad ya que los lobi están en contacto en lugar de orbitar uno alrededor del otro. [87] Aunque un posible satélite natural que orbitara 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 una densidad mínima estimada 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 se comprimiría excesivamente por la gravedad mutua de los lóbulos, 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 cuerpos pequeños y helados desde la formación del Sistema Solar hace 4.600 millones de años. [38] [53] Es probable que Arrokoth se haya formado en un entorno 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 heladas dentro del cinturón de Kuiper temprano experimentaron inestabilidad de transmisión , 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 disruptivo en Arrokoth desde que se formó, se han conservado los detalles de su formación. A partir de las diferentes apariencias actuales de los lobis, 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 rodante en el objeto más grande indica que probablemente se formó a partir de la coalescencia de unidades planetesimales más pequeñas antes de fusionarse con el objeto más pequeño. [89] [39] El lobus Wenu más grande parece ser un agregado de unos 8 componentes más pequeños, cada uno de aproximadamente 5 km (3 mi) 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 se desaceleraron gradualmente a medida que experimentaban impactos de objetos pequeños y transfirieron su momento angular a otros desechos en órbita que quedaron de su formación. [90] Finalmente, la pérdida de momento, causada por los impactos y el cambio de momento a otros cuerpos en la nube, hizo que el par se acercara lentamente en espiral hasta que se tocaron, donde con el tiempo las juntas se fusionaron, formando su forma bilobulada actual. [38] [90]
En una hipótesis alternativa formulada por investigadores de la Academia China de Ciencias y el Instituto Max Planck en 2020, el aplanamiento de Arrokoth puede haber sido resultado del proceso de pérdida de masa impulsada por sublimación en una escala de tiempo de varios millones de años después de la fusión de los lobi. En el momento de la 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 se vio 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 los mecanismos del aplanamiento de Arrokoth, la posterior fusión de los cuerpos ancestrales de los lobi pareció ser suave. La apariencia actual de Arrokoth no indica deformación ni fracturas por 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 media de marcha de una persona. [39] [89] Los objetos progenitores también deben haberse fusionado oblicuamente en ángulos mayores de 75 grados para explicar la forma actual del delgado cuello de Arrokoth mientras se mantenían intactos los lobi. Para cuando los dos objetos progenitores se fusionaron, ambos ya habían quedado bloqueados por las mareas en rotación sincrónica . [91]
La frecuencia a largo plazo de los eventos de impacto 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 inducida por fotones del hielo de agua en la superficie de Arrokoth reduciría mínimamente su tamaño en 1 cm (0,39 pulgadas). [39] Con la falta de eventos frecuentes de formación de cráteres y perturbaciones de su órbita, la forma y apariencia de Arrokoth permanecerían virtualmente 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 del cinturón de Kuiper adecuado para que la nave espacial New Horizons pudiera sobrevolar. Los científicos del equipo New Horizons buscaban 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 eran demasiado distantes y tenues para ser vistos a través de la atmósfera de la Tierra. [92] [93] Para encontrar estos objetos más tenues del cinturón de Kuiper, el equipo 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 Hubble el 26 de junio de 2014, 10 días después de que el equipo New Horizons comenzara su búsqueda de objetivos potenciales. [82] Mientras procesaba digitalmente las 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, Arrokoth se consideró 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 New Horizons . [80] [96] El 28 de agosto de 2015, Arrokoth fue seleccionado oficialmente por la NASA como objetivo de sobrevuelo de la nave espacial New Horizons . [23]
Arrokoth es demasiado pequeño y distante para que su forma pueda ser observada 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 solo es visible desde ciertas partes de la Tierra, el equipo de New Horizons combinó datos del Hubble y del 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 cadena 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 de "KBO Chasers" dirigido por Marc Buie para observar estas ocultaciones estelares desde Sudamérica, 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 habían sido colocados en la ubicación incorrecta y que estas estimaciones eran incorrectas. [103]
El 10 de julio de 2017, el telescopio aerotransportado SOFIA se colocó con éxito cerca de la línea central prevista para la segunda ocultación mientras volaba sobre el océano Pacífico desde Christchurch , Nueva Zelanda. El objetivo principal de esas observaciones fue la búsqueda de material peligroso como anillos o polvo cerca de Arrokoth que pudiera amenazar a la nave espacial New Horizons durante su sobrevuelo en 2019. La recopilación de datos fue exitosa. Un análisis preliminar sugirió que se pasó por alto la sombra central; [104] solo en enero de 2018 se dio cuenta de que SOFIA había observado de hecho una caída muy breve desde la sombra central. [105] Los datos recopilados por SOFIA también serán valiosos para poner restricciones al polvo cerca de Arrokoth. [106] [107] Los resultados detallados de la búsqueda de material peligroso 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 comprobar si había escombros alrededor de Arrokoth, estableciendo restricciones sobre los anillos y escombros dentro de la esfera de Hill de Arrokoth a distancias de hasta 75.000 km (47.000 mi) del cuerpo principal. [109] Para la tercera y última ocultación, los miembros del equipo establecieron otra "línea de cerco" 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 Arrokoth. [100] [101] El espaciamiento promedio entre estos telescopios fue de alrededor de 4 km (2,5 mi). [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 límites a la posible presencia de 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 sistema 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 mi) y 18 km (11 mi), respectivamente. [84] Un análisis preliminar de todos los datos recopilados sugirió que Arrokoth estaba acompañado por una luna en órbita a unos 200-300 km (120-190 mi) de distancia del cuerpo primario. [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, la breve caída observada el 10 de julio se consideró 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 pronosticaron dos ocultaciones de Arrokoth potencialmente útiles para 2018: una el 16 de julio y otra el 4 de agosto. Ninguna de estas fue tan buena 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, fueron a lugares de Senegal y Colombia. [112] El evento atrajo la atención de los medios 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, como informó el equipo de New Horizons . [114] Inicialmente, no estaba claro si se había registrado una cuerda en el objetivo. El 6 de septiembre de 2018, la NASA confirmó que, de hecho, al menos un observador había visto sumergirse a la estrella, lo que proporcionó información importante sobre el tamaño y la forma de Arrokoth. [115]
El 4 de agosto de 2018 se llevaron a cabo observaciones con el Hubble para apoyar la campaña de ocultación. [116] [112] El Hubble no pudo ubicarse en el estrecho camino de la ocultación, pero debido a su ubicación favorable en el momento del evento, el telescopio espacial pudo sondear la región hasta 1600 km (990 mi) de Arrokoth. Esto está mucho más cerca que la región de 20 000 km (12 000 mi) que se pudo observar durante la ocultación del 17 de julio de 2017. El Hubble no ha visto cambios de brillo de la estrella objetivo, lo que descarta cualquier anillo ópticamente grueso o escombros hasta 1600 km (990 mi) 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 sonda New Horizons realizó cuatro cambios de rumbo en octubre y noviembre de 2015 para colocarse en una trayectoria hacia Arrokoth. [119] Es el primer objeto en ser objeto de un sobrevuelo que fue descubierto después del lanzamiento de la nave espacial visitante, [78] [120] y es el objeto más lejano del Sistema Solar que haya sido 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 espacial con Plutón. [10] El acercamiento más cercano ocurrió el 1 de enero de 2019, a las 05:33 UTC ( Hora del Evento de la Nave Espacial – SCET) [111] [124] , momento en el que fue A 43,4 UA 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 era 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 en órbita, una coma o anillos. [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, los satélites débiles y pequeños que orbitan Arrokoth a distancias mayores de 2000 km (1200 mi) han sido excluidos hasta una profundidad de magnitud >29 . [83] El objeto no tiene atmósfera detectable y no tiene anillos o satélites grandes de más de 1,6 km (1 mi) de diámetro. [129] No obstante, continúa la búsqueda de una luna (o lunas) relacionada, lo que puede ayudar a explicar mejor la formación de Arrokoth a partir de dos objetos orbitales individuales. [38]
New Horizons detectó por primera vez Arrokoth el 16 de agosto de 2018, a una distancia de 172 millones de kilómetros (107 millones de millas). [130] En ese momento, Arrokoth era visible con una magnitud de 20, en dirección a la constelación de Sagitario. [131] Se esperaba que Arrokoth tuviera una magnitud de 18 a mediados de noviembre y una magnitud de 15 a mediados de diciembre. Alcanzó un brillo a simple vista (magnitud 6) desde el punto de vista de la nave espacial solo 3 o 4 horas antes de su aproximación más cercana. [118] Si se detectaban obstáculos, la nave espacial tenía la opción de desviarse a un punto de encuentro más distante, aunque no se vieron lunas, anillos u otros peligros. [111] [131] Las imágenes de alta resolución de New Horizons se tomaron el 1 de enero. Las primeras imágenes de resolución mediocre llegaron al día siguiente. [132] Se esperaba que la transmisión 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 al cinturón de Kuiper está buscando tus ideas sobre cómo nombrar informalmente su próximo destino de paso, mil millones de millas (1.6 mil millones de kilómetros) más allá de Plutón.
...una resolución de unos 33 metros por píxel. [...] Esta imagen compuesta y 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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