La población de Centauros: su relación con los objetos transneptunianos y los cometas
Authors:   , Mammana Luis Antonio 
Published: August 2019

En esta tesis se presentan los resultados de los estudios realizados sobre la relación entre la población de Centauros y las poblaciones de los objetos transneptunianos (TNOs) y los cometas de la Familia de Júpiter (JFCs), caracterizando su distribución de tamaños y estudiando las posibles consecuencias que pudiera tener la variación de la heliosfera en sus albedos y colores. Para lograr estos objetivos, en primer lugar se ajustó la Función Acumulativa de Luminosidad (CLF) de la población desarrollando un programa de búsqueda específicamente diseñado para estudiar la población de Centauros. A partir de dicho ajuste se pudo estimar la Distribución Acumulativa de Tamaños (CSD), la que constituye una poderosa herramienta a la hora de comprender la evolución colisional de una población. En segundo lugar, se realizó un estudio teórico mediante simulaciones numéricas, para analizar la posible influencia de las variaciones en la posición de la heliosfera en la bimodalidad de colores observada en la población de Centauros. Se entiende por programa de búsqueda a un conjunto de imágenes obtenidas en el marco de una búsqueda sistemática, ordenada y bajo ciertas condiciones metodológicas, de objetos que comparten características en común. La interpretación de los datos provenientes de un programa de búsqueda astronómico es una tarea que requiere un especial cuidado y resulta un trabajo muy complejo que implica adoptar un modelado que responda tanto a las propiedades dinámicas como a las propiedades físicas de los objetos estudiados, lo que implica enfrentarse a una serie de problemas sutiles que deben ser bien comprendidos (Petit et al., 2008). Todos los Centauros descubiertos hasta la fecha han sido el subproducto de programas de búsqueda que tenían como principal objetivo la detección y el estudio de objetos de otras poblaciones, tales como asteroides del Cinturón Principal (MBA), Objetos Cercanos a la Tierra (NEOs), cometas, TNOs, etc. En el caso de aquellos programas optimizados para detectar objetos lejanos, imponen a sus métodos y estrategias limitaciones en las velocidades de los objetos para así descartar aquellos con velocidades típicas de MBAs, los que inevitablemente aparecerán en gran cantidad en las imágenes dado que los campos de búsqueda preferenciales siempre están próximos a la eclíptica, pero ello los hace insensibles a objetos con velocidades típicas de Centauros. En el otro extremo y por motivos análogos, los programas de búsqueda pensados para objetos que se desplazan a altas velocidades sobre el fondo del cielo, son ineficientes en la detección de Centauros. Para la realización de la parte observacional de esta tesis se llevo acabo el primer programa de búsqueda optimizado para la detección de Centauros con el objetivo de lograr un ajuste de la CLF de dicha población y derivar la CSD asociada con el fin de sacar conclusiones sobre los procesos evolutivos de la población. Para la implementación de dicho programa se desarrolló una técnica capaz de detectar objetos que no son visibles en las imágenes individuales pero que sí aparecen al concentrar toda la señal en una imagen única luego de coadicionar un cierto número de imágenes. La técnica utilizada permite detectar objetos con diferentes velocidades angulares y direcciones de movimiento, y compensa la pérdida de flujo por desplazamiento del objeto, posibilitando la detección de cuerpos en rangos de magnitudes indetectables por otros programas de búsqueda. Si bien la técnica de búsqueda desarrollada es muy trabajosa, gran parte del proceso se automatizó mediante códigos y scripts de desarrollo propios. Las ventajosas características de la técnica utilizada permitió detectar objetos muy afectados por la pérdida de flujo debida al desplazamiento del objeto y completar una ventana de unas tres magnitudes presente en los anteriores ajustes de la CLF de la población de Centauros. Además, los datos aportados por esta tesis abren la posibilidad nunca antes planteada de que estemos frente a una CLF de Centauros que presentaría un cambio de pendiente, análogamente a lo que le sucedería a las poblaciones de TNOs (Weissman y Levison, 1996; Bernstein et al., 2004; Fraser et al., 2008; Fuentes y Holman, 2008; etc.) y JFCs (Weissman, 1982; Bailey y Stagg, 1988; Weissman, 1990; Fernández et al., 1999; Meech et al., 2004; etc.), poblaciones que están en los extremos evolutivos de la dinámica de todo Centauro (Fernández, 1980; Duncan et al., 1988; Holman y Wisdom, 1993; Levison y Duncan, 1997; Morbidelli, 1997; Jewitt, 2002; Di Sisto y Brunini, 2007; Volk y Malhotra, 2008; Melita y Licandro, 2012; Perna et al., 2014; Duffard et al., 2014b; etc.). En el futuro será posible profundizar el estudio de la población de Centauros ampliando la búsqueda a una mayor superficie en el cielo, pero también será posible aplicar el método desarrollado en la detección de miembros de otras familias o grupos del Sistema Solar (SS). Dado que la variación de los albedos afecta la relación entre la CLF y la CSD de una población (por ejemplo, Frasser et al., 2008), un mayor conocimiento de dicha variación y de los colores de una población, ayudará a interpretar correctamente los resultados de todo programa de búsqueda. Por ello, y en el marco de la presente tesis, se decidió abordar un aspecto particularmente sensible para la población de Centauros como es la mencionada bimodalidad de colores observada y que aún no ha sido debidamente comprendida. Con el fin de aportar una posible explicación de este fenómeno, se realiza un estudio teórico mediante simulaciones numéricas, sobre la posible influencia del comportamiento de la heliosfera ante encuentros con medios de distintas densidades, y a partir del mismo obtener conclusiones sobre los efectos de la radiación interestelar en las superficies de los miembros de esta población. El estudio deja claro que la cantidad de Centauros que abandonan periódicamente la protección de la heliosfera y que superan las dosis de radiación recibidas desde el medio interestelar (ISM) necesarias para modificar sus superficies, no crece de manera continua por simple acumulación a medida que pasa el tiempo; que por sí sola una reducción de tamaño experimentada por la heliosfera en el cruce de un medio típico dado, desprotegiendo así parte de dicha población, no alcanza para que se genere en ella la bimodalidad de colores que se observa; que la mera existencia de la heliosfera y su propiedad protectora ante los rayos provenientes del ISM sería suficiente para definir dos ambientes diferentes capaces de generar una bimodalidad de colores si se integra durante tiempos suficientemente prolongados; y por último, que es muy probable que a medida que se puedan determinar índices de color de Centauros con órbitas con distancias perihélicas superiores a las 20 U A, la proporción neutros/rojos observada en la actualidad se modifique. Estos estudios teóricos pueden ser aplicados del mismo modo para analizar los efectos de la variación heliosférica en estrellas con sistemas exoplanetarios, que en caso de reducciones extremas podría afectar a planetas relativamente cercanos a la estrella, o a su zona de habitabilidad, lo que podría tener decisivas consecuencias astrobiológicas.