La revolución de Gaia en el seguimiento de asteroides

Gaia mapeando las estrellas de la Vía Láctea. Crédito: ESA / ATG medialab; antecedentes: ESO/S. Brunier.

El observatorio espacial Gaia de la ESA es una misión ambiciosa para construir un mapa tridimensional de nuestra galaxia mediante mediciones de alta precisión de más de mil millones de estrellas. Sin embargo, en su viaje para mapear soles distantes, Gaia está revolucionando un campo mucho más cerca de casa. Al mapear con precisión las estrellas, está ayudando a los investigadores a rastrear los asteroides perdidos. 

Usando estrellas para detectar asteroides

Gaia traza la galaxia escaneando repetidamente todo el cielo. En el transcurso de su misión planificada, observó cada una de sus más de mil millones de estrellas objetivo alrededor de 70 veces para estudiar cómo su posición y brillo cambian con el tiempo. 

Las estrellas están tan lejos de la Tierra que sus movimientos entre imágenes son muy pequeños, de ahí que Gaia tenga que medir sus posiciones con tanta precisión para notar una diferencia. Sin embargo, a veces Gaia detecta fuentes de luz tenues que se mueven considerablemente de una imagen de una determinada región del cielo a la siguiente, o incluso solo se ven en una sola imagen antes de desaparecer. 

Para moverse a través del campo de visión de Gaia tan rápido, estos objetos deben ubicarse mucho más cerca de la Tierra. 

Al comparar las posiciones de estos objetos con los catálogos de cuerpos conocidos del Sistema Solar, muchos de estos objetos resultan ser asteroides conocidos. Algunas, sin embargo, se identifican como detecciones potencialmente nuevas y luego son seguidas por la comunidad de astronomía a través de la Red de Seguimiento Gaia para Objetos del Sistema Solar. A través de este proceso, Gaia ha descubierto con éxito nuevos asteroides. 

Estas seis imágenes muestran el asteroide Gaia-606 (indicado por una flecha) el 26 de octubre de 2016. Las imágenes, que abarcan un período de poco más de 18 minutos, fueron tomadas en el Observatorio de la Alta Provenza en el sur de Francia por William Thuillot, Vincent Robert y Nicolas Thouvenin (Observatoire de Paris / IMCCE). Gaia-606 fue descubierto en octubre de 2016 cuando los datos de Gaia insinuaron la presencia de una fuente débil y en movimiento en esta región del cielo. Los astrónomos inmediatamente se pusieron a trabajar y predijeron la posición del asteroide como se ve desde el suelo durante un período de unos pocos días. Las observaciones de seguimiento de Thuillot y sus colegas mostraron que se trataba de un asteroide que no coincidía con la órbita de ningún objeto del Sistema Solar previamente catalogado. Investigaciones posteriores revelaron que ya existían algunas observaciones dispersas de este objeto; Gaia-606 ha cambiado de nombre a 2016 UV56. La estrella más cercana al asteroide es USNO-A2-1125-19276564. El norte está arriba, el Este a la izquierda. Crédito: Observatoire de Haute-Provence e IMCCE.

Objetos perdidos 

Estas observaciones directas de asteroides son importantes para los científicos del sistema solar. Sin embargo, las mediciones altamente precisas de Gaia de las posiciones de las estrellas proporcionan un beneficio aún más impactante, pero indirecto, para el seguimiento de asteroides. 

"Cuando observamos un asteroide, observamos su movimiento en relación con las estrellas de fondo para determinar su trayectoria y predecir dónde estará en el futuro", dice Marco Micheli del Centro de Coordinación de Objetos Cercanos a la Tierra de la ESA. "Esto significa que cuanto más exactamente sepamos las posiciones de las estrellas, más fiablemente podremos determinar la órbita de un asteroide que pasa frente a ellas". 

En colaboración con el Observatorio Europeo Austral (ESO), el equipo de Marco participó en una campaña de observación dirigida a TC4 2012, un pequeño asteroide que debía pasar por la Tierra. Desafortunadamente, desde que el asteroide se vio por primera vez en 2012, se había vuelto más y más tenue a medida que retrocedía de la Tierra, y finalmente se volvió inobservable. No se sabía bien dónde aparecería en el cielo en el momento de la próxima campaña. 

"La posible región del cielo donde podría aparecer el asteroide era más grande que el área que el telescopio podría observar de una sola vez", dice Marco. "Así que tuvimos que encontrar una manera de mejorar nuestra predicción de dónde estaría el asteroide". 

"Volví a mirar las observaciones iniciales de 2012. Desde entonces, Gaia había realizado mediciones más precisas de las posiciones de algunas de las estrellas en el fondo de las imágenes, y las usé para actualizar nuestra comprensión de la trayectoria del asteroide y predecir dónde podría aparecer." 

Lutetia en el acercamiento más cercano. Crédito: ESA 2010 MPS para OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/RSSD/INTA/UPM/DASP/IDA.

"Apuntamos el telescopio hacia el área pronosticada del cielo usando los datos de Gaia y encontramos el asteroide en nuestro primer intento". 

"Nuestro siguiente objetivo era medir con precisión la posición del asteroide, pero teníamos muy pocas estrellas en nuestra nueva imagen para usar como referencia. Había 17 estrellas en un catálogo antiguo y solo cuatro estrellas medidas por Gaia. Hice cálculos usando ambos conjuntos de datos ". 

"Más adelante en el año, cuando otros equipos observaron el asteroide varias veces y su trayectoria era más conocida, quedó claro que las mediciones que hice con solo cuatro estrellas Gaia habían sido mucho más precisas que las que usaban las 17 estrellas". Esto fue realmente asombroso ". 

Vista animada de 14 099 asteroides en nuestro Sistema Solar, tal como la ve el satélite Gaia de la ESA utilizando información del segundo lanzamiento de datos de la misión. También se muestran las órbitas de los 200 asteroides más brillantes, según lo determinado utilizando los datos de Gaia. Crédito: ESA / Gaia / DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO.

Manteniendo la Tierra segura 

Esta misma técnica se aplica a los asteroides que nunca se perdieron, lo que permite a los investigadores utilizar datos de Gaia para determinar sus trayectorias y propiedades físicas con mayor precisión que nunca. 

Esto les está ayudando a actualizar los modelos de población de asteroides y a profundizar nuestra comprensión de cómo se desarrollan las órbitas de los asteroides , por ejemplo, midiendo efectos dinámicos sutiles que juegan un papel clave en empujar pequeños asteroides hacia órbitas que podrían verlos colisionar con la Tierra. 

Bailando con la luz del día 

Para hacer mediciones tan precisas de las posiciones de otras estrellas, Gaia tiene una relación complicada con la nuestra. 

Gaia orbita alrededor del segundo punto de Lagrange, L2, del sistema Sol-Tierra. Esta ubicación mantiene al Sol, la Tierra y la Luna detrás de Gaia, lo que le permite observar una gran parte del cielo sin su interferencia. También se encuentra en un entorno de radiación térmica uniforme y experimenta una temperatura estable. 

Sin embargo, Gaia no debe caer completamente en la sombra de la Tierra, ya que la nave espacial aún depende de la energía solar. Como la órbita alrededor del punto L2 es inestable, se pueden acumular pequeñas perturbaciones y hacer que la nave espacial se dirige hacia un eclipse. 

El equipo de control de vuelo de Gaia en el centro de control de misión ESOC de la ESA en Darmstadt es responsable de hacer correcciones a la trayectoria de la nave espacial para mantenerla en la órbita correcta y fuera de la sombra de la Tierra. Se aseguran de que Gaia siga siendo una de las naves espaciales más estables y precisas de la historia. El 16 de julio de 2019, el equipo realizó con éxito una maniobra crucial para evitar el eclipse, moviendo a Gaia a la fase extendida de su misión y permitiéndole seguir escaneando el cielo durante varios años más. 

Fuente: ESA,