COMETARIA Cometas desde Entre Ríos: Fuentes discretas de criovulcanismo en el núcleo del cometa 29P/Schwassmann

Comet 29P/S-W1 imaged on 2009 February 23.51
2.0-m f/10 Faulkes Telescope North, 4 x 60s, SDSS-r filter
(Observer: Peter Hill, Paulet High School, UK)

Traducción de:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019103515005217?via%3Dihub

Fuentes discretas de criovulcanismo en el núcleo del cometa 29P/Schwassmann–Wachmann y su origen

Citar:

https://doi.org/10.1016/j.icarus.2015.11.011

Resumen

Se ha encontrado evidencia de fuentes de criovulcanismo de larga duración en el núcleo del cometa 29P/Schwassmann-Wachmann a partir de un estudio de sus Períodos de Outburst (PO) y el desarrollo morfológico de las estructuras internas de la coma. El análisis de los datos del archivo de observaciones del Minor Planet Center, que abarca desde 2002 hasta 2014, y otras observaciones, ha arrojado 64 Períodos de Outburst de eventos bien observados con una incertidumbre de tiempo mediana de 0,40 d. Los outbursts comprenden en gran parte (i) eventos explosivos aislados; o (ii) brotes múltiples que ocurren típicamente con un plazo intermedio de 5 a 15 días entre cada uno. En raras ocasiones, se manifiesta en forma de actividad continua o gradualmente creciente, que parece ser el resultado de una serie de mini-estallidos. La cuasi-periodicidad en los PO se manifiesta como un exceso de outbursts cada 52–60 días, junto con una escasez de eventos cada ~30 días y ~90 días. Los cambios estacionales en la actividad son evidentes a partir del análisis temporal de los datos de outburst. Se encontró una periodicidad inequívoca de 57,6 ± 0,4 días en los Períodos de 26 Outbursts durante 2010–2014, con todas las fuentes activas en ese momento localizadas dentro de un intervalo de longitud de ∼135–150°. El análisis de conglomerados de datos de PO para 2002–2010 y 2010–2014, y las imágenes del HST de 1996 confirman y refinan la periodicidad aparente, lo que indica que los estallidos parecen estar agrupados en longitudes centradas en al menos 6 ubicaciones circunferenciales. Las fuentes de actividad generalmente persisten durante al menos 10 a 20 años, y algunas parecen de naturaleza discreta, capaces de volver a estallar después de un solo ciclo de día y noche. Dado que los estallidos son provocados por el calentamiento solar, el análisis arroja un valor para el día solar medio de 57,71 ± 0,06 d, equivalente a un período de rotación sideral de 57,09 ± 0,06 d, asumiendo la dirección de giro progresiva más probable. Se describe un mecanismo de explosión novedoso en el que algunos hielos cometarios, principalmente CH4 sólido, confinado bajo presión (>12 kPa) debajo de una corteza de estabilización, comienzan a derretirse y absorber gases supervolátiles, principalmente CO y N2. Estos gases liberan una cantidad considerable de calor (5–7 kJ mol−1) a través de su entalpía de solución, lo que induce una mayor fusión en las profundidades del núcleo, donde el calentamiento por insolación directa está ausente. Este proceso es más activo cerca de la interfase sólido-líquido, donde la temperatura del solvente es más baja y la solubilidad del gas es más alta. Un estallido ocurre cuando el calentamiento por insolación de la corteza sobre un depósito subterráneo cargado de gas ablanda los hidrocarburos parafínicos y hace que una placa de la corteza se desprenda bajo la presión del gas acumulado, cuya liberación repentina provoca la ex-solución explosiva de gases disueltos, principalmente CO, impulsando el polvo y los escombros arrastrados al espacio. Las fisuras se vuelven a sellar a medida que la placa se hunde bajo la influencia gravitacional de un núcleo grande y la fracción adhesiva de hidrocarburos cerosos se solidifica, lo que permite que comience un nuevo ciclo de outburst. Una descripción detallada del mecanismo de ex-solución de gas es el tema de un artículo asociado (Miles, R. [2015]. Icarus).

Introducción

Desde su descubrimiento en 1927, el cometa centauro 29P/Schwassmann–Wachmann ha exhibido una propensión inigualable a experimentar estallidos repentinos de 2 a 5 magnitudes varias veces al año, década tras década, aunque permanece dentro de un estrecho rango de distancia heliocéntrica (rh), actualmente entre 5,76 y 6,26 UA del Sol, donde el flujo solar incidente permanece relativamente uniforme. Según Gronkowski (2014), el comportamiento exhibido por este cometa desafía nuestra comprensión de los núcleos cometarios en el sentido de que los mecanismos actualmente postulados no pueden explicar adecuadamente su naturaleza única. En este trabajo, se utilizan extensos datos fotométricos disponibles del archivo de observación de cometas mantenido por Minor Planet Center (MPC) junto con fotometría de precisión reciente para caracterizar el comportamiento de estallido de 29P. Específicamente, cada estallido significativo se identifica y el período de estallido correspondiente (PO), se deriva con la mayor precisión posible para que se puedan buscar las periodicidades en su comportamiento de estallido. La fuente de energía que desencadena sus estallidos o outburst es esencialmente la que proporciona la insolación (Enzian et al., 1997, Kossacki y Szutowicz, 2013), por lo que la ubicación de los estallidos en el núcleo debe correlacionarse con la posición del punto subsolar y la hora solar local. Si se pueden encontrar periodicidades en los datos de los Períodos de Outbursts (PO), es probable que tales hallazgos proporcionen una medida de las propiedades rotacionales de su núcleo.

Los datos utilizados en este estudio comprenden ∼20 000 observaciones fotométricas de la base de datos MPC que cubre el período 2002–2014, es decir, alrededor de 3 temporadas completas en su órbita del Sol, junto con períodos de outbursts de campañas de observación intensivas más recientes, descritos en un socio artículo para este trabajo (Miles et al., 2015). Se identifican un total de 64 outbursts distintos entre agosto de 2002 y septiembre de 2014. Se examina la evolución temporal de la actividad para establecer si los efectos estacionales son evidentes y para comprobar si los estallidos se originan en un gran número de sitios distribuidos en el núcleo o un pequeño número de fuentes discretas, activas y de larga vida, que de ser encontradas serían indicativas de criovulcanismo. Los hallazgos se discuten en relación con los mecanismos presentados en la literatura para explicar las características de estallido de 29P. Se propone una fuente novedosa de energía térmica con calor liberado in situ que facilita la fusión del hielo CH4 y otros hidrocarburos de bajo punto de fusión. Las conclusiones de este trabajo, de las de su artículo asociado (Miles et al., 2015) y otros informes de la literatura se utilizan en un artículo de seguimiento para formular un mecanismo físico-químico integral para explicar el comportamiento único de 29P y los outburst de otros cometas (Miles, enviado para su publicación).

Informes de literatura relacionados con los estallidos del cometa 29P/Schwassman-Wachmann

El cometa 29P tiene la notable característica de arrojar una gran cantidad de polvo y escombros al espacio a través de sus frecuentes estallidos intermitentes. El modelado de la cola de polvo de 29P realizado por Fulle (1992) indicó una tasa de pérdida de masa que alcanza un estimado de 6 ± 3 × 102 kg s−1, para un albedo asumido de 0,1, equivalente a aproximadamente el 6% de la masa requerida para equilibrar las pérdidas de la nube de polvo interplanetaria del Sistema Solar en su conjunto. El cometa ocupa una órbita relativamente distante, lo que lo convierte en un objetivo difícil.

Períodos de Outburst de los datos fotométricos del archivo MPC

El Minor Planet Center del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica en Cambridge, Massachusetts, EE. UU., mantiene un archivo de datos astrométricos y fotométricos de observación de cometas en el archivo de observación MPCAT-OBS CmtObs.txt, la gran mayoría de los cuales han sido obtenidos por astrónomos aficionados que utilizan telescopios de apertura típica de 0,2 a 0,4 metros equipados con cámaras CCD

Análisis temporal de la actividad de los outbursts

Es razonable suponer que el calentamiento solar es la fuente de energía que provoca los estallidos del 29P, dado que su actividad actual puede haber continuado durante al menos varios siglos. La transferencia de calor de superficie a masa dentro de la corteza se vería favorecida por la alta conductividad térmica y la lenta velocidad de rotación del núcleo. Descartamos la existencia de una única fuente en el núcleo responsable de los estallidos ya que, de ser así, estudios previos habrían identificado una única tasa de rotación.

Tasa de rotación del núcleo

Los estudios previos de la tasa de rotación no han sido confiables en gran medida. Quizás la investigación más satisfactoria es la realizada con Spitzer en 2003 del 21 al 24 de noviembre en una época en que el cometa estaba inactivo, unas 8 semanas después del estallido (Stansberry et al., 2004). Aquí, una característica de chorro curvo era visible en el escaneo MIPS de 24 µm cuando se sometió a filtrado de gradiente rotacional y que se extendía al menos 2 'radialmente desde el núcleo y ∼120 ° en azimut.

Conclusiones

Se ha encontrado una solución inequívoca para la periodicidad de los outbursts exhibidos por el cometa 29P/Schwassmann–Wachmann a partir del análisis temporal de 26 outbursts observados entre febrero de 2010 y septiembre de 2014. El análisis de conglomerados de conjuntos independientes de Períodos de Outbursts ha permitido refinar la periodicidad aparente. Se encontró que un valor de 57,71 ± 0,06 d subyace en estos y otros tiempos de explosión (incluido uno derivado de imágenes del Telescopio Espacial Hubble en 1996).

Agradecimientos:

El autor desea agradecer a sus colegas George Faillace y Eric Watkins por sus útiles debates durante el transcurso de su prolongada investigación de este enigmático cometa. Las observaciones realizadas utilizando los Telescopios Faulkes bajo los auspicios del Proyecto del Telescopio Faulkes (Roberts et al., 2013) cortesía de Martin C. Faulkes y el Fideicomiso Educativo Dill Faulkes, estimularon al autor a continuar con este trabajo en primera instancia, y proporcionaron información valiosa. datos de observación.

Referencias

B.D. Warner et al.

The asteroid lightcurve database

Icarus

(2009)

L.M. Trafton

On the state of methane and nitrogen ice on Pluto and Triton: Implications of the binary phase diagram

Icarus

(2015)

C.A. Schambeau

A new analysis of Spitzer observations of Comet 29P/Schwassmann–Wachmann 1

Icarus